为什么冰箱要选全无氟的？
氟利昂会破坏地球大气的臭氧层
从电冰箱到臭氧层
一、电冰箱中的物理原理
电冰箱是广泛应用于家庭、医药卫生、商业和科研单位的冷冻、冷藏设备。按制冷方式分，电冰箱可分为电机压缩式、吸收式、电磁振动式、半导体和太阳能式五种。 目前流行的家用电冰箱几乎都是电机压缩压。
压缩式电冰箱的制冷原理如图1所示。压缩机把制冷剂（氟利昂—12）蒸汽压缩成高温高压蒸汽，送往冷凝器冷却，放出热量，液化成制冷剂液体，再通过膨胀阀（一种节流毛细管）节流降压，制冷剂液体温度随之降低，然后进入蒸发器，吸取热量，急剧沸腾，变为低温低压制冷剂蒸汽排入冷凝器，形成制冷循环。
电冰箱是一种致冷机，它的功效常用从低温...全部
氟利昂会破坏地球大气的臭氧层
从电冰箱到臭氧层
一、电冰箱中的物理原理
电冰箱是广泛应用于家庭、医药卫生、商业和科研单位的冷冻、冷藏设备。按制冷方式分，电冰箱可分为电机压缩式、吸收式、电磁振动式、半导体和太阳能式五种。
目前流行的家用电冰箱几乎都是电机压缩压。
压缩式电冰箱的制冷原理如图1所示。压缩机把制冷剂（氟利昂—12）蒸汽压缩成高温高压蒸汽，送往冷凝器冷却，放出热量，液化成制冷剂液体，再通过膨胀阀（一种节流毛细管）节流降压，制冷剂液体温度随之降低，然后进入蒸发器，吸取热量，急剧沸腾，变为低温低压制冷剂蒸汽排入冷凝器，形成制冷循环。
电冰箱是一种致冷机，它的功效常用从低温区吸收的热量Q2和压缩机所耗用外功A的比值衡量，这一比值叫做致冷系数ω。
式中Q1是电冰箱从冷凝器处所放出的热量。如果将电冰箱看成是一种卡诺机，那末，其致冷系数为
式中T1、T2分别冰箱环境温度和制冷温度。
由此可见，T2越低，ω越小，说明电冰箱制冷温度愈低，则消耗的外功A愈多。此外，当制冷温度T2一定时．温差T1—T2愈大，则ω愈小，同样耗用外功A愈大。电冰箱夏天耗电多，就是这个道理。
电冰箱的结构，按箱内冷却方式可分为直冷式和间冷式两种，按功能分，有冷藏箱、冷冻冷藏箱和冷冻箱三种，家用冰箱大多是直冷式冷冻冷藏箱，它又可分为单门，双门和多门冰箱几种。
单门冰箱的制冷 系统布置如图2所示，蒸发器装在冰箱上部，周围可形成冷冻部位。蒸发器下面箱体内空气利用上下温差的自然对流，形成冷藏区。单门冰箱冷冻部位最低温度一般能达到－7℃左右，冷藏区通过自动控制系统中的温度控制器，控制在0～10℃。
直冷式双门冰箱的冷冻室和冷藏室分隔开，在两室中分别安装一个蒸发器，这样可使冷冻室温度达到－18℃或更低一些。同时，两室之门可独立自闭，互不干扰，从而可节省电能。
电冰箱内的温度是通过控制制冷压缩机的开、停时间来达到的。
目前常用的电冰箱温度控制器为蒸汽压为式控制器，它由温压转换部件和触点式微型开关两部分组成。温压转换部件的作用是将温度的变化转变成压力的变化，它是由感温管和感压腔（由波纹管或膜盒制成）组成一个连通的密闭系统，其中充入感温剂[一般采用氯甲烷（CH3Cl2）、氟利昂（CF2Cl2）氟利昂22（CHF2Cl）]。
图3为蒸气压力式温度控器工作原理图：感温管尾部紧压在蒸发器表面上，图3所示位置表明电源断开，压缩机停止运转。因此，蒸发器表面温度将逐渐升高，感温管内压力将增大，致使感压腔的膜片向左移动，使活动触点2向左与固定触点接通，压缩机恢复运转。
接着，蒸发器温度下降，感温管内温度和压力随之下降，致使膜片向右移动，活动触点与固定触点分离，压缩机停止运转。至于图3所示调节螺钉、凸轮、弹簧等附件，则是用来调节温差、温度高低和范围用的，其作用这里不再赘述。
图3 1。固定触点；2。活动接点；3。温差调节螺钉；
4。温度高低调节凸轮5。温度范围调节螺钉；
6。弹簧，7。模片；8。感压腔9。感温管；
10。蒸 发器
二、有关电冰箱原理的几个问题
1、氟利昂的特性
电冰箱是利用氟利昂的物态变化进行制冷的，因而首先应了解氟利昂的特性．
氟利昂是制冷机工作介质（制冷剂）的通称，它是一些烷类的氟、氯、溴衍生物质．电冰箱中使用的制冷剂是氟利昂R12，分子式为CF2Cl2，空调器中使用的制冷剂为氟利昂R22，分子式为CHF2Cl。
氟利昂具有既容易液化又容易汽化、热容大的特性，这是由于它们具有比较高的临界温度，适中的临界压力，在常压下具有很低的沸点．如氟利昂R12，临界温度为112。04℃，临界压力为4。196MPa，所以只要在低于临界温度的某一温度条件下，通过对其蒸气加压至比临界压力低的相应压力就可以使之液化．温度越低，使之液化的压力也越低，如在 35 ℃的常温条件下只须把氟利昂R12蒸气加压到0。
863MPa就可以使之液化，氟利昂R12液体在一个标准大气压下沸点只有-29。8℃，极易汽化．当它在低温下沸腾时，会大量吸收周围的热量，这样就可以达到制冷的目的．
2、电冰箱制冷的原理
电冰箱是利用氟利昂R12在制冷循环中物态的周期性变化来实现制冷的．电冰箱属于蒸气压缩式制冷装置．为了便于说明电冰箱的制冷原理，我们把初中物理教材中P47的电冰箱示意图稍做更改如下图．
和原图相比增加了毛细管、干燥过滤器，并把“冰箱内冷冻室的管子”明确称做蒸发器。
蒸气压缩式制冷装置是由4个基本部件（被称之为蒸气压缩制冷系统的“四大件”）组成，即制冷压缩机、冷凝器、节流装置（电冰箱中的毛细管）、蒸发器．电冰箱工作时，制冷压缩机不断把蒸发器中汽化的蒸气吸出，压缩后排入冷凝器，使蒸发器总保持在较低的压力下．蒸发器中的氟利昂R12液体在低压低温下沸腾时不断吸取冷冻室里的热量，使冷冻室维持低温．蒸发器中氟利昂R12的沸腾温度约为-25℃左右，其压力略高于一个标准大气压．压缩机排出的高压热蒸气在冷凝器中不断地把热量散发给周围的空气，并凝结成液体．冷凝器中的冷凝温度约35℃左右（高于周围空气温度），冷凝压力约0。
85MPa左右．此时冷凝器与蒸发器之间存在着很大的压力差，约为0。75MPa左右．毛细管就设置在冷凝器与蒸发器之间，它是内径为0。5～1毫米、长为2～4米的细长铜管．氟利昂R12流经毛细管时阻力极大，产生的压降约为0。
75MPa，起着节流的作用．没有毛细管，制冷压缩机工作时就无法维持蒸发器工作时所必需的低压和冷凝器工作时所必需的高压．
干燥过滤器只是为保证毛细管的正常工作而设置的辅助设备．由于氟利昂R12对水的溶解度甚微（35℃时为0。
015％），低温下则更小（-20℃时只有0。00072％）．如果在氟利昂R12液体中含有微量的水份，在其流经毛细管时随着压力降低，温度也越来越低，水在其中的溶解度就减小，部分水就会被析出而结冰．电冰箱的毛细管只须结上0。
005克的冰就会被堵塞（称为“冰塞”），使制冷循环停止．所以在干燥过滤器中填充有吸水性极强的分子筛，氟利昂R12液体流经干燥过滤器时水份可被吸附， 就能避免在毛细管中造成“冰塞”．干燥过滤器中的滤网，可滤除氟利昂R12液体中的微量杂质，以免杂质进入毛细管形成“脏堵”，影响制冷循环．
3、为什么电冰箱不能当空调用
电冰箱打开门总会有一股凉气涌出，这就使一些人产生了电冰箱打开门是否可以当空调用的疑问，对于这一问题，只要在电冰箱工作时我们去感受一下冷凝器的高温，就可以知道电冰箱工作时冷凝器正在向外散发热量．
假设电冰箱在制冷过程中氟利昂R12每循环一周在蒸发器中沸腾时吸收冷冻室里的热量（也就是制冷量）为Q1；压缩机在压缩蒸气时损耗的功率为W，也会转化为氟利昂R12增加的热量；氟利昂R12的高压热蒸气在冷凝器中向周围空气散发的热量为Q3．显然根据热力学第一定律，Q3=Q1＋W，也就是说电冰箱放出的热量Q3总是大于制冷量Q1．所以想把电冰箱当空调用只会适得其反，室温不仅不会降低反而会升高．
空调器同样也是放出的冷凝热Q3总是大于制冷量Q1，只不过空调器是将制冷量Q1放入室内，而冷凝器放出的冷凝热Q3直接放到室外罢了．
4、如何认识氟利昂是热的“搬运工”
在热传递中能量总是由高温物体传向低温物体，这是一个自发的过程．而在电冰箱的制冷过程中却把氟利昂R12在冷冻室里做为低温热源吸收的热量，又在冷凝器中传给了周围的空气（高温热源）．在这种能量由低温物体转移到高温物体的过程中，说氟利昂R12充当了“搬运工”这种比喻是十分生动的，从中我们应认识到，在能量转换中，除了数量守恒，能量的转换还存在一个方向问题．能量从高温移向低温是一个自发的过程，而像电冰箱工作时把能量从低温转移到高温就不是一个自发的过程．“搬运”还有更深一层的意思，即实现非自发过程能量转换必须依靠消耗一定的能量做为“补偿”．电冰箱工作时消耗一定的电能，由压缩机对氟利昂R12压缩做功就是对制冷这一非自发过程的“补偿”．没有这种“补偿”，氟利昂R12就失去了“搬运”的能力．就不可能实现制冷，这正是热力学第二定律所涉及的内容．
三、臭氧层——地球生命的“保护神”
臭氧，是地球大气中的一种微量成分，它在空气中的平均浓度，按体积计算，只有百万分之三——三PPM，而且绝大部分位于离地面约25公里的高空，在那里，臭氧的浓度可达到8～10PPM，人们将那里的大气叫做“臭氧层”。
臭氧层具有非凡的本领，它能把太阳辐射来的高能紫外线的99％吸收掉，使地球上的生物免遭紫外线的杀伤，可以说，它是地球生命的“保护神”。假如没有它的保护，所有强紫外辐射全部落到地面的话，那么，日光晒焦的速度将比烈日之下的夏季快50倍，几分钟之内，地球上的一切林木都会被烤焦，所有的飞禽走兽都将被杀死，生机勃勃的地球，就会变成一片荒凉的焦土。
臭氧层还能阻挡地球热量不致很快地散发到太空中去，使地球大气的温度保持恒定。这一点，它和二氧化碳非常相似，因此，臭氧也是一种“温室气体”。
臭氧层为什么能吸收高能紫外线，保护地球生命呢？原来，在高空中发生着奇妙的化学变化。
高空中的氧气受宇宙射线的激发能产生原子氧；原子氧与氧分子作用便生成了臭氧分子，正是这一过程，吸收了太阳的辐射能；臭氧比空气重，当它生成后就在空气中下降；由于臭氧不稳定，容易分解为氧气，并放出原子氧，原子氧和氧气再上升到高空……就这样，臭氧和氧气不停地相互转化，既吸收了高能射线的能量，又保护住了地球的热量。
臭氧层就像套在地球上的一件无形的铠甲，忠实地保护着大地上的生命；它又像一面巨大的筛子，只让对生物有益的光和热通过它到达地面。可以说，臭氧层是天工修筑的一座万里长城。
然而，现代工业对大气的污染正在无情地磨损着这层铠甲。
1986年6月下旬，美联社发布了一则引起全球关注的消息：英国南极调查组织的科学家们发现并且证实，南极上空的臭氧层正在迅速地减少，出现了一个“臭氧层空洞”。这个位于南极洲哈利湾站上空的“空洞”是从1960年开始破损的，70年代末到80年代初，破损速度骤然加快，形成了一个巨大的“洞”。
美国宇航局的科学家也证实了这一发现。
到1992年11月13日，世界气象组织又一次向全世界发出警告：臭氧层厚度创造了历史上最薄的纪录！这是综合世界各地140个地面站和几个卫星的资料而获得的最新结果。
1992年，南极以及北半球中高纬度地区的臭氧层均为历史最低水平，9～10月间，南极14～19公里上空的臭氧层几乎全部丧失。
来自宇宙空间的信息表明，臭氧层越来越稀薄的现象不仅发生在冬季，在春季和夏季也会出现，而正是这两个季节内阳光最强烈，地球上的人类和生物最需要臭氧层的保护。
如果阳光中的紫外线能够长驱直入，结果是患皮肤癌的人数将大量增加，有人甚而这样说：“臭氧层被破坏10％，皮肤癌就会增加20％。”澳大利亚的昆士兰州素有“阳光州”的美誉，那里因皮肤癌而丧生的人数比例也居世界之首。
四、臭氧层对光的吸收作用
伴随着科学技术的发展进步，环境污染问题已被越来越多的有识之士所重视，近期经常有人提及臭氧层遭到破坏后给人类带来的影响．那么臭氧层到底是怎样形成的？它对我们的环境的影响体现在哪里？为什么会有这些影响？本文作者力图通过所掌握的有关资料，对臭氧层在地球表面的分布情况及它对光的吸收作用等有关内容进行必要的论述．
1、大气的结构与组成
利用大气层垂直温度分布的特征，我们将整个大气层分为4层，即对流层、同温层、中间层、热电离层．各层范围及温度变化规律见图1．
对流层的厚度虽然只有10km，但却集中了大气层中80％的大气质量及90％以上的水汽．该层内温度随高度增加而下降，其下降速度为6℃／km．这是对人类活动影响最大的一层．天气变化过程也主要发生在此层．对流层内存在着强烈的垂直运动．上下空气之间的质量和热量交换很频繁，“对流层”故此得名．
同温层的厚度与对流层大体相当．该层内温度基本恒定，这是它的主要特征．该特征是由于它下面的对流层温度随高度减少同时位于它上面的中间层温度则随高度增加而导致的，因此，可以说它是对流层与中间层的一个过渡层．该层内水汽稀少，气流稳定，臭氧及气溶胶较丰富．大型客机一般在此高度内飞行．
中间层一般认为在20—80km的高度内．该层内大气质量已很稀少，水汽几乎全无，但臭氧的最丰富的高度通常在该层下部．该层内温度特征为先升后降，该层内光化学反应强烈，且可形成独具特色的“夜光云”．
在热电离层，空气含量仅占大气总质量的十万分之一，该层内温度一般随高度增加．该层内空气在强烈的太阳紫外辐射和宇宙射线的作用下形成电离状态，所以被称为电离层．
大气是由多种气体分子和悬浮微粒组成的混合体．其中包括氮气、氧气、臭氧、二氧化碳、氩、甲烷、一氧化碳及微粒等．
在大气这种混合体中，二氧化碳、甲烷、一氧化碳的混合比的相对组分从海平面至80km高度几乎不变，因此称其为不变组分．而水汽、臭氧及微粒等则与前者刚好相反，其组分随高度明显变化．其中，水汽随高度的增加而减少，但到了15km高时基本不再减少；臭氧则是在20—25km处浓度最大；而微粒也称为气溶胶，除在地面附近较集中外，在10—50km范围内也较丰富．
2、臭氧层的形成与分布情况
臭氧对人类和地球环境既有益又有害，这取决于它在大气层中存在的位置．接近地球时，臭氧和其他氧化剂一起，损害人类的健康，破坏花草树木．位于10—15km高度时，臭氧层起着温室气体作用．而中间层的臭氧却起着有益作用，它“过滤”有害的紫外线辐射，环绕地球形成一个“防护罩”．
大气中臭氧的形成过程为：氧分子吸收太阳辐射中波长短于0．24μm的光子，从而离解为氧原子，氧原子和氧分子在其他分子参与下（如氮分子等）形成臭氧．我们称这一过程为光化学反应．在臭氧产生的同时，臭氧吸收了波长短于1．10μm的辐射能量后又会发生臭氧的离解，即臭氧吸收一个光子后离解成一个氧原子和一个氧分子．由于离解臭氧所需能量很小，因此臭氧在阳光下是不稳定的．
臭氧的形成和离解在同一空间、同一时间内进行。
一方面在形成另一方面又在离解，由此就决定了臭氧层内浓度分布及臭氧层内温度分布．臭氧在大气中的分布与高度、季节、经纬度等因素有关．图2是本文作者利用国内一些技术手册中所给出的数据画出的臭氧密度随高度的分布图．
从图中可看出，在中纬度的夏季，臭氧密度最大的高度为22km，其值约为36×10-5g/m3。
大于这一高度，由于氧分子数量太少，形成臭氧的成功率比较低；小于这一高度，由于能够分解氧分子的射线已被大量吸收，只有少量氧原子，臭氧形成率也不高．
3、臭氧层对太阳辐射的作用
广阔的光谱区中实用意义比较大的是0。
2—20μm的紫外区至红外区．当太阳辐射通过大气层时，组成大气的各种成分对它具有一定的吸收作用，吸收的强弱与波长有较大的依赖关系．大气中一些分子对辐射的吸收具有选择性，如CO2在2。7，4。3，15μm等处吸收较强；水汽除在中红外远红外处吸收强烈外，还在1。
38，1。87，1。1，2。7，0。94，6。27μm等处有较强吸收；CH4在3。31，3。8，7。6μm， CO在 4。6μm，N2O在4。5μm，气溶胶在3—5μm及大于10μm等处均有较强吸收．而本文所讨论的O3及同位素由于具有永久电偶极矩，因而存在振动-转动及纯转动能级结构，故可以同入射辐射相耦合而产生吸收．O3在整个光谱区内吸收的详细情况见表1：
表1臭氧吸收太阳辐射的吸收谱线表
在臭氧的这些吸收带（线）中与人类关系最大的当属对紫外线的吸收了，其中最强的吸收带是位于波长小于0。
34μm的哈脱莱带．
臭氧吸收紫外线过程如下：
O3+紫外线→O2＋O
O＋O→O2+热能
臭氧在吸收紫外线后将其转化成热能，这就是前面所述的中间层50—60km处有一温度最高点的缘故．
4、人类活动对臭氧层的影响
人类活动会造成对臭氧层的影响．其中对臭氧层影响最大的应属氮氧化物和氟氯烷等．
前者主要是超音速飞机飞行时排放的NO及农业肥料中所排放的N2O，后者则主要来源于电冰箱等冷冻设备所释放的氟里昂．
氮氧化合物主要包括NO，NO2和N2O． 当NO与臭氧作用时会产生二氧化氮分子，二氧化氮又和氧原子作用生成一氧化氮及氧分子．氟里昂-11（CFCl3）和氟里昂-12（CF2Cl2）在光化学反应中首先离解出氯原子，氯原子与臭氧作用的结果会生成氧原子及氧化氯，氧化氯又会与氧原子生成氯原子及氧分子．由此可见，一氧化氮及氯原子在臭氧分解中起了催化剂作用．
大气中臭氧的减少会给人类带来生物学和气候学两方面的严重后果．前者会导致皮肤癌及白内障等发病率的增加，后者则会使中间层和同温层变冷同时地表变热．正是基于上述原因，人们目前正通过各种有效途径减少氮氧化物和氟里昂等进入大气．制造“无氟”冰箱就是大家所熟知的措施之一．
5、为保护臭氧层而努力
无论结论如何，我们现在所要做的当然是保护臭氧层，为此，全世界的科学家都在为之努力。
1991年8月15日，原苏联“旋风”号火箭载着一颗原苏联的“气象——三”号卫星从普列谢茨克卫星发射场发射升空，该卫星上装有美国宇航局制造的一台全球臭氧层测绘光谱仪，可测量全球的臭氧层含量及其分布，监视大气层中出现的臭氧空洞。
这是自1975年以后，美国和原苏联的第一次携手合作，其重视程度由此可见一斑。
1991年9月12日，美国“发现”号航天飞机将7。7吨重的臭氧监测卫星送上了太空，这在美国航天史上还是破天荒头一遭。
该卫星上装有美国、加拿大、法国、英国研制的10台高灵敏度监测仪器，其任务就是监测臭氧层中臭氧减少的情况。
除了运用航天高科技，科学家在地面也八仙过海，各显神通。
日本富士通公司已经研制成一种新型的电波探测系统，它可以比常规系统更精确地测量臭氧层。
这一系统采用了约瑟夫森器件和超导微电子电路，即使在恶劣的天气条件下也能测到高达80公里高空的臭氧层，而且测量所需的时间将由常规系统的一小时缩短到5分钟，这为我们精确地掌握臭氧层数量提供了有力的武器。
日本在使氟利昂无害化方面也作了大量工作，他们在氟利昂分解装置实用化上走在了世界前列。氟利昂分解装置的基本原理是：将氟利昂和水混在一起，在约 10 000℃的高温中离子化，然后再生成食盐和氟的原料——萤石等无害物质，分解率为99。
99％，分解能力为每小时50千克，处理费用为每千克500日元左右。
美国一家公司开发出了一种用水代替氟利昂的新型空调器，它是根据蒸发原理工作的：当水蒸发时，水吸收热能，使水周围的空气冷却。
这种新型空调器还有一种专用干燥剂，它能使空气干燥，当大量水分返回空气中时，不引起过分的潮湿。这种空调器适用于住宅、饭店和小型办公室，它不含压缩机，因而节省了大量能源，而且又不会泄漏氟利昂之类的有害污染物。
为拯救地球、摆脱臭氧层危机，欧洲和北美等国家也争相呼应，纷纷推出了兼备环保功能的电冰箱。欧洲共同市场已于1995年禁止生产氟利昂，各大主要电器制造商逐渐转向使用另一种功效类似、不会损害臭氧层的化学品。
例如，一家德国制造厂把丙烷和丁烷混合，用于散热系统，它绝不损害臭氧层。
6、氟利昂的命运
使臭氧层变得稀薄的“罪魁祸首”是谁呢？
科学家们认为，是某些化肥和作为制冷剂的氯氟碳化合物，俗称“氟利昂”，家用电冰箱、空调机、喷雾摩丝和喷雾杀虫剂中，都含氟利昂气体。
科学家发现，由于人类在生产、生活中广泛使用氯氟碳化合物，使高层大气中漂浮着这类化合物分子，在太阳紫外线的高能辐射作用下，氯氟碳化合物被分解，放出氯原子，氯原子能迅速“吞噬”臭氧分子，一个氯原子可以和10万个臭氧分子发生连锁反应；而氯原子在和臭氧分子作用后，又能迅速恢复原状，重新“攻击”另外的臭氧分子……就这样，臭氧分子被大量而迅速地吞噬掉了。
1987年9月，由联合国草拟了一个国际协定——《蒙特利尔议定书》，该议定书明确规定，氯氟碳化合物（包括名声显赫的氟利昂）生产国从1989年7月开始，要将产量冻结在1986年的水平。到1998年，要削减50％。
有27个国家共同签署了这个协定。后来，联合国环境规划署起草的一份报告认为，臭氧层遭到明显破坏，95％因归于氯氟碳化合物和聚四氟乙烯气体．
1992年初，各国政府尤其是一些发达国家政府纷纷表态，计划在三五年内禁止使用含氯氟碳化合物的制冷剂以及其它危害臭氧层的物质。
德国已宣布于 2000年完全停止生产氯氟碳化合物，瑞典和挪威保证到1995年削减产量的95％…… 世界上大多数氯氟碳化合物生产国已承认《蒙特利尔议定书》，并正在千方百计地设法生产其替代品。
这是和人类切身利益休戚相关的大事，“假如全世界继续以目前的速率使用化学品，到21世纪臭氧层将消耗16。
5％。”这并非危言耸听。
摘自 。收起
