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  理想的工作介質具有良好的熱力學效能、具有化學惰性、安全環保且易於獲取。所應滿足的熱力學性質條件有:沸點稍低於目標溫度、具有較高汽化熱、處於液態時密度中等、氣態時的其相對密度較高、且需有較高的臨界溫度。由於沸點和氣體密度與壓強有關,一般要根據特定的執行壓強選擇合適的工質。現在滿足這些條件的、效能優異的工作介質主要是氯氟烴。

  工質材料的腐蝕性和機械部件(如壓縮機、管道、蒸發器及冷凝器)使用材料及潤滑油之間的相容性有關,例如使用工作介質時,潤滑油需使用礦物油,而使用工作介質時,潤滑油需使用合成潤滑油。在安全方面,則需要考慮到工質是否具有毒性或可燃性。

  在1980年代出現臭氧層空洞問題之前,世界上最廣泛應用的工質是滷代甲烷——二氟二氯甲烷(R-12)及一氯二氟甲烷(R-22)。R-12較常運用於汽車空調和小型冰箱上,而R-22較常運用於住宅空調和輕型商用空調、冰箱和冷凍機上。一些較老的系統中還運用了三氯氟甲烷(R-11),因為它具有較高的沸點,可以配合低壓系統使用,減輕了系統所需的元件的機械強度。不過因為氟氯碳化合物會造成臭氧層空洞問題,1987年簽署的蒙特利爾議定書中規定減少及限制氟氯碳化物的生產。美國於1995年停止生產新的R-12,且已計劃於2020年淘汰R-22。  1,1,1,2-四氟乙烷(R-134a)及其他不含氯的混合物工作介質正在取代氯代烴。一種常用來取代R-22的混合物工作介質稱為R-410A,是由二氟甲烷(R-32)與五氟乙烷(R-125)以1:1的比例混合的近共沸混合物。R-410A通常在市場上以商品名“Puron”銷售。另一種常見的混合物工質是R-407C,由R-32、R-125及R-134a混合而成,其臨界溫度較R-410A高,且全球暖化潛勢(GWP)較R-410A低,當其他會破壞臭氧層的工質淘汰後,上述的工質仍可以正常販售。  在氯氟碳化物(CFC)及氫氯氟碳化物(HCFC)被禁用之後,可以用碳氟化合物(FC)及氫氟碳化物(HFC)取代上述工作介質。不過新的工作介質屬於溫室氣體,會使溫室效應增強,促進全球暖化,近來也在討論是否要限制或禁用這些工作介質。在1997年12月制定的京都議定書已將全氟碳化物及氫氟碳化物列入溫室氣體,歐盟也在2006年通過法律,限制全氟化碳及氫氟碳化物的使用,以減少溫室氣體的排放時。非溫室氣體的工作介質不在管制範圍內。  早期的機械冷凍系統會以二氧化硫或氨為其工作介質,二氧化硫主要使用在小型的家用冷凍系統中,不過由於其毒性,後來就被氯氟碳化物所取代。氨(R717)是一種不會破壞環境、經濟而且省能的工作介質,應用在工業冷凍系統已超過130年。而二氧化碳(R744)和氨一樣,很早應用在冷凍系統中。一些很早期的機器還使用其他傳統的工作介質,如甲酸甲酯、氯甲烷、二氯甲烷等。  高純度的丙烷由於性質和R-22相近,而且無毒,但極易燃,也可以作為工作介質使用。丙烷工作介質會加入痕量的乙硫醇,可讓人及早注意到工作介質的洩漏。

  天然的工作介質(如氨、二氧化碳及非鹵代烴)不會破壞臭氧層,其全球暖化潛勢為0(氨)或相當很低的值。這些工作介質常用在大樓的空調系統、體育及休閒設施、化工業及製藥業、汽車工業中,最重要的是應用在食品工業中,包括在製造、儲存及零售的過程。也有新的應用開始使用天然工作介質,例如車用空調。  因為車用空調工作介質的排放影響全球氣候,此議題已逐漸受到重視。歐盟自2011年起已禁止在汽車空調系統中使用全球暖化潛勢超過150的工作介質。此措施禁止了一些高全球暖化潛勢的溫室氣體,如GWP值為1410的工作介質,鼓勵改用其他安全、省能的工作介質。  其中天然工作介質二氧化碳(R-744)是其中最有潛力的方案之一。二氧化碳不可燃,不會破壞臭氧層,其全球暖化潛勢為1,不過有毒,在體積濃度超過5%時足以致命。R-744可以用作車用空調、住宅空調、熱水泵、商用空調、自動販賣機中的工作介質。二甲醚也可以作為工作介質使用。  HFO-1234yf(2,3,3,3-四氟丙烯)是一種部分氫原子被氟取代的烯烴,其GWP值只有4,非混合物,也是可取代R-134a的工作介質之一。通用汽車公司已宣佈自2013年起開始在所有品牌的汽車中使用HFO-1234yf。

  由於氟氯烴一類的工作介質對臭氧層造成了嚴重破壞,從1992年7月1日開始,有意或無意地將這些物質釋放到大氣中都會被視為違法行為。當氟氯烴在被淘汰後,必須回收以除去雜質並使其回到可再次使用的狀態。這類工作介質也被禁止隨意混用。部分氟氯烴在回收後仍為危險品,在運輸等過程中需根據當地政府的相關法令進行特殊的防護。

  工質依其從待冷卻物體中吸收熱的方式不同,可分為以下幾種:  R-# 編號系統是由杜邦公司所開發,可以系統化的識別由飽和鹵化烴組成工作介質的分子結構,其編號意義如下:  例如,R-134a有四個氟原子、二個氫原子和二個碳原子,其化學式是CHF,字尾的a表示是差一個原子的非對稱的異構物,因此是1,1,1,2-四氟乙烷。字尾沒有a的R-134對應的化合物是1,1,2,2-四氟乙烷,不過其特性不適合當作工作介質使用。  R-# 編號系統的數字也常用在其他的場合,像作用噴霧裝置(香水、殺蟲劑等)的分散劑時前面會加P-(如P-12),也可以配合商品名稱(如Freon 12)。由於工作介質會依其種類不同,所受到的管制也有不同,最近也會在工作介質前面加上其種類的簡稱,如HFC-表示是氫氟碳化物、加CFC-表示是氯氟碳化物、加HCFC-表示是氫氯氟碳化物。

  空氣工作介質已應用在住宅、車輛、及以渦輪飛機的空調及(或)冷卻系統中。空氣工作介質沒有廣為使用的原因,是因為一般認為空氣作為工作介質時效率很低,不是可以實際使用的工作介質。  不過配合適當的壓縮及膨脹技術,可以提升空氣工作介質的效率,這種情形下空氣就是可以實際使用的工作介質。空氣工作介質的優點是不會汙染或破壞環境,對動植物的可能傷害非常的小(現有的空氣冷卻方式會把微量的油或潤滑劑排放到大氣中)。
製冷劑,又稱冷媒、致冷劑、雪種,是各種熱機中藉以完成能量轉化的媒介物質。這些物質通常以可逆的相變(如氣-液相變)來增大功率。如蒸汽引擎中的蒸汽、製冷機中的雪種等等。一般的蒸汽機在工作時,將蒸汽的熱能釋放出來,轉化為機械能以產生原動力;而製冷機的雪種則用來將低溫處的熱量傳動到高溫處。