制冷作为一门科学技术是指用人工方法在一定时间和一定空间中将某物质或流体变冷，使其温度低于环境温度并保持这个温度。其本质就是转移分子热运动的平均动能。一百多年来，随着科学技术的不断进步，制冷技术得到了快速发展，一系列制冷方式相继成熟，并广泛应用于商业、工业、农牧业、建筑业、国防、医学和人们的日常生活中，因此，人们学习和掌握制冷知识显得尤为重要。
笔者曾于1999年研制了热力学制冷循环实验仪，并获得了国家专利。它不仅能让学生了解家用电冰箱液体蒸发式制冷循环原理，掌握小型制冷设备常见故障分析和操作维修技能，而且使热力学中的等压、绝热、节流等过程以及热力学基本定律得到了定性、半定量或定量的直观体现，加深了学生对热力学基础理论知识的理解，倍受学生青睐。但在几年的使用中也发现了一些弊端，因此我们于2005年研制了创新型制冷循环综合实验仪，克服了氟利昂污染环境、电流表易损坏等问题，并做了一些新的改进。
2绿色环保制冷剂的使用液体蒸发式制冷装置获得冷的过程，是由于制冷机使系统内的制冷剂发生了状态变化而产生的吸热和放热过程。因此，制冷剂是制冷装置中的载热体，又称它为“工质”。
目前工业制冷剂有几十种，按化合物的种类可分为无机化合物类（如氨、水）、氟氯烷类（统称“氟利昂”）、碳氢化合物类（如乙烷、丙烷、乙烯等）。其中，氟利昂（CFC212）以其无毒无臭、不燃不爆、稳定性好、对设备有良好的润滑作用等优点，被广泛用于冰箱、冰柜、汽车空调和热力学制冷循环实验仪。但是，氟利昂有其致命的缺点，它是一种“温室效应气体”，会破坏大气层中的臭氧。二十世纪八十年代，美国加州两位学者率先指出，CFCs（氟氯烃）在紫外线的作用下放出氯原子，氯原子与臭氧分子发生自由基链反应，一个氯原子就可以消耗上万个臭氧分子，从而影响臭氧分子对250～320纳米紫外线的吸收，使过量的紫外线到达地球表面，直接影响到人类和其他生物的生存。因此，创新型制冷循环综合实验仪使用了绿色环保制冷剂（HFC2134a）。新型制冷剂除了具有氟利昂的众多优点外，还解决了对臭氧层的破坏这一难题。HFC2134a
制冷剂从1995年起进入实用化阶段，被世界各国作为**的氟里昂（CFC2134a）的替代品种，其得到广泛应用的原因是：（1）性能稳定，使用安全方便。HFC2134a是一种含氢氟碳化合物，氟碳键的键能非常高，因而一般氟碳化合物具有较好热稳定性和化学稳定性。此外，HFC2134a无毒不燃等优点可保证在相同工艺条件下充装和维修原有CFC212制冷设备，而不需要特殊的防护措施。
（2） HFC2134a生产技术日臻完善，成本逐步下降。
（3）已具有完整的配套技术。氟里昂的替代物技术是一项较大的系统工程，世界上各大跨国公司为了保证新开发的替代物拥有良好的市场前景，一般都做到了替代物生产技术与配套技术同步开发。例如英国ICI公司1990年底建成了世界上**家HFC2134a生产厂，与此同时，配套的压缩机、润滑油以及充装HFC2 134a的冰箱等也相继投放市场。由于技术的进步，到目前为止，冰箱和汽车空调的制冷系统与新工质已达到良好的匹配，其能耗、制冷速度等指标已达到和超过原有工质的水平。
总而言之，HFC2134a仍是目前综合性能*好、配套技术*完善、应用*成熟的CHC212制冷剂的替代物。
3制冷循环系统的改进液体蒸发式制冷循环系统主要有压缩机、冷凝器、毛细管（节流阀）、蒸发器四大部件组成。针对HFC2 134a制冷剂的特性，对制冷循环系统作了如下改进：（1）直接选用进口R134a压缩机。压缩机在制冷循环系统中好比人体的心脏。任何机械运转都需要油进行润滑。由于R134a制冷剂与酯类油兼容，与R12压缩机所用的矿物油或烷基苯油亲和力差，而且酯类油不允许与其他润滑油混合，吸水性很强。若采用原R12压缩机，必须彻底清除机内的油污杂质，充注PAG或HAB冷冻油，这对小型全封闭式压缩机而言，不甚容易，未必能达到理想效果。
（2）使用空气强制对流风冷式冷凝器。冷凝效果的好坏直接影响制冷效果。由于使用R134a制冷剂和压缩机，排气压力提高，排气温度也升高，若仍使用空气自然对流丝管式冷凝器，必须增大冷凝面积，占据太大空间，否则达不到良好的冷凝效果。使用空气强制对流风冷式冷凝器，既可以节省空间，又增大了空气流速，使冷凝温度更趋稳定，对制冷量影响更低，并设置了冷凝风扇电源开关，关闭该开关，还可以通过压力表、电流表、温度指示仪等仪表观察到冷凝效果不好对制冷量的直接影响。
（3）选取合适孔径和长度的毛细管。小型制冷设备通常采用毛细管来节流降压。R134a制冷剂在管路内受到的阻力较大，流量减少。若毛细管长度过长、孔径过细，则会造成系统高压偏高、低压偏低；若毛细管长度过短、孔径过粗，则起不到所需的节流作用。两种情况都会直接影响制冷效果。选取合适孔径和长度的毛细管是保持系统正常运转的关键。
（4）采用铜盘管式蒸发器。蒸发器安装在冷冻室（保温桶）内。为了准确测定压缩机的制冷量，通常在保温桶内充装三分之二高度的含水酒精或汽车防冻液。铜盘管式蒸发器既具有良好的抗氧化、耐腐蚀和导热性能，又可增大传热面积。
4保护电路的设计4. 1设计思想从某种意义上说，物理实验就是通过仪器仪表观察物理现象、测量数据、计算结果、得出结论。测量各种数据要力求精确。因此，选择合适的测量仪表并为仪表本身提供较为理想的工况尤为重要。这是我们在研制创新型制冷循环综合实验仪的过程中，设计保护电路的主导思想。
4. 2设计过程一般选择指针式电气仪表的测量值在其满度值的1Π2～1Π3之间，这对于纯阻性负载的单元电路不难做到，而对于感性负载的单元电路则不然。如测量活塞式压缩机的电动机工作电流时，它的启动峰值电流是额定电流的4～7倍，持续时间约2 s才开始下滑，然后逐渐趋于稳定的正常值。本仪器压缩机的额定电流为1. 20 A ，既要避开启动峰值电流对电流表、功率因数表的冲击，又要测得较为精确的数据，我们选用了量程为2 A的电流表，并利用H3Y22延时继电器对电流表和功率因数表进行保护，设计了可行的保护电路。如所示。
4. 3工作原理当合上开关Kd接通电源时，延时继电器SJ处于延时状态，即SJ 1 2 1触点断开，SJ 2 1触点闭合并将附加电阻、功率因数表电流接点及电流表短路，此时功率因数表和电流表指针无偏转，同时压缩机开始启动。此时压缩机的峰值电流的路径为：L→K d→SJ 2 1→延时继电器SJ ，待延时完毕改变其工作状态↓过载保护器→电动机绕组→N经过数秒钟后（具体的时间由根据电动机的启动峰值电流持续时间所设定的延时继电器的延迟动作时间而定） ，延时继电器SJ开始吸合，即SJ 2 1触点断开，SJ 1 2 1触点闭合并将附加电阻短路，功率因数表和电流表正常指示，压缩机逐渐进入稳定的运转工作状态。
此时压缩机的工作电流的路径为：L→Kd→SJ 1 2 1→功率因数表（I a 2 I 3）→电流表A d→延时继电器SJ↓过载保护器→电动机绕组→N 4. 4附加电阻在压缩机的启动过程中，延时继电器SJ 2 1触点与电流表、功率因数表的分流电路如所示。可以看出，功率因数表的电流线圈和电流表的线圈均可视为一个很小的电阻和电感，构成了一个串联支路，相对于延时继电器SJ 2 1的接触电阻而言，又组成了一个并联电路。为了确保i 1支路分流为零，在其支路中串接了一只附加电阻。延时完毕，附加电阻被SJ 1 2 1短路，避免了长时间参与运行。
5结语通过使用HFC2134a制冷剂，创新型制冷循环综合实验仪起到了绿色环保的作用；通过对压缩机、冷凝器、毛细管等部件的合理选用，使整个制冷循环系统的性能有了较大的提高。学生近几年来完成该实验情况表明：使用自制仪器可以让他们充满自豪感；增强应用性可以激发他们的学习兴趣；介绍仪器的设计思路和改进过程可以培养他们的创新意识与思想。
