汽車空調(diào)新型制冷劑應(yīng)用研究

佟林、魏王睿、王龍、趙萌、徐明

（一汽轎車股份有限公司 130000）

0 引言

2006年5月，歐盟出臺了關(guān)于汽車空調(diào)系統(tǒng)排放物的法規(guī)DIRECTIVE2006/40/EC。該法規(guī)要求，自2011年1月1日起，在歐盟境內(nèi)生產(chǎn)和銷售的所有新的設(shè)計車型，不允許使用GWP（全球變暖潛能值） 值大于150的制冷劑[1]；自2017年1月1日起，在歐盟境內(nèi)生產(chǎn)和銷售的所有新車，禁止使用GWP值大于150的制冷劑。由于目前行業(yè)界廣泛使用的R134a制冷劑的GWP值為1 430，因此R134a的逐步淘汰，新的低GWP的制冷劑的使用將成為必然趨勢。

R1234yf的環(huán)境參數(shù)優(yōu)異：GWP僅為4，ODP（臭氧層消耗潛能值）為0，大氣分解物與R134a相同，LCCP（壽命期氣候性能）也低于R134a。安全性方面R1234yf無閃點，自燃點405℃，為弱可燃性，R1234yf可燃性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前已知的幾種可燃性制冷劑。且R1234yf為低毒性，其毒性低于R134a。R1234yf最大的缺點在于其潛熱值低。如果以R1234yf直接替換R134a而不改變現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)，將導(dǎo)致系統(tǒng)制冷量不足，制冷效果差。

本文通過增加IHX管路及調(diào)整膨脹閥參數(shù)，對M平臺空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，使其與新制冷劑相匹配，滿足制冷性能要求。

1 R1234yf與R134a性能對比

首先，針對R1234yf和R134a的熱力學(xué)特性進(jìn)行了對比，在不同蒸發(fā)溫度下，單位時間內(nèi)，相同質(zhì)量上述2種制冷劑的制冷量對比結(jié)果如表1所示。

從上述數(shù)據(jù)可以看出，相同蒸發(fā)溫度下，其R1234yf制冷量僅為R134a的75%左右。

其次，針對2種制冷劑與O型圈的兼容性進(jìn)行了對比如表2所示。

表1 熱力性能對比

表2 制冷劑與空調(diào)管O型圈兼容性對比

從上述數(shù)據(jù)可以看出，R1234yf與R134a，都能與行業(yè)內(nèi)空調(diào)管O型圈兼容。

最后，針對2種制冷劑與塑料材料的兼容性進(jìn)行對比結(jié)果如表3所示。

表3 R1234yf與R134a與塑料兼容性對比

表4 R1234yf直接替代R134a系統(tǒng)制冷性能對比

從上述數(shù)據(jù)可以看出，R1234yf與R134a，都能與現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)空調(diào)管內(nèi)層塑料材料兼容。

2 R1234yf直接替換R134a系統(tǒng)性能

本文在原R134a系統(tǒng)中直接應(yīng)用R1234yf，進(jìn)行了降溫性能對比臺架試驗，結(jié)果如表4所示。

結(jié)果表明：直接替代，新制冷劑空調(diào)系統(tǒng)制冷性能比原R134a空調(diào)系統(tǒng)下降，平均溫度偏高1.5℃左右。

3 優(yōu)化系統(tǒng)性能

IHX管是將高壓液體管與低壓氣體管耦合成一根管，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

高溫高壓的液態(tài)制冷劑與低溫低壓的氣態(tài)制冷劑在IHX管中進(jìn)行換熱，有效回收了低溫氣態(tài)制冷劑的冷量，使得進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑焓值降低，從而有效地提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能。

根據(jù)各主機廠及IHX管供應(yīng)商的開發(fā)經(jīng)驗，IHX管的目標(biāo)長度為500 mm，可根據(jù)系統(tǒng)情況及布置情況做適當(dāng)調(diào)整。但正式應(yīng)用前，必須經(jīng)過試驗驗證。

圖1 同芯制冷管結(jié)構(gòu)及布置示意圖

表5 優(yōu)化系統(tǒng)匹配R1234yf與原系統(tǒng)匹配R134a性能對比

表6 優(yōu)化系統(tǒng)匹配R1234yf與原系統(tǒng)匹配R134a整車降溫性能對比

本文通過增加500 mm 的IHX管和調(diào)整空調(diào)器膨脹閥參數(shù)（膨脹閥最佳設(shè)定值；0.137/0.258 MPa，對應(yīng)0℃/10℃），提升了系統(tǒng)性能，同時保證壓縮機的排氣溫度保持在105℃以下，以R1234yf為制冷劑，進(jìn)行了降溫性能臺架試驗，結(jié)果如表5所示。

結(jié)果表明：通過系統(tǒng)優(yōu)化，新制冷劑空調(diào)系統(tǒng)制冷性能與原R134a空調(diào)系統(tǒng)相當(dāng)。

4 優(yōu)化系統(tǒng)匹配R1234yf整車降溫性能

新制冷劑R1234yf空調(diào)系統(tǒng)整車降溫性能評價結(jié)果如表6。

結(jié)果表明：通過系統(tǒng)優(yōu)化，優(yōu)化后系統(tǒng)匹配R1324yf實車空調(diào)系統(tǒng)制冷性能與原R134a空調(diào)系統(tǒng)相當(dāng)。

5 結(jié)束語

（1） R1234yf的熱力性能明顯弱于R134a，相同蒸發(fā)溫度下，其制冷量僅為R134a的75%左右。

（2）R1234yf與R134a，都能與現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)主要空調(diào)管O型圈的材料（NBR/HNBR/EPDM等）兼容。

（3）R1234yf與R134a，都能與現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)主要空調(diào)管內(nèi)層塑料材料（尼龍/滌綸/PET等）兼容。

（4）在系統(tǒng)臺架上進(jìn)行試驗，直接替代，新制冷劑空調(diào)系統(tǒng)制冷性能比原R134a空調(diào)系統(tǒng)下降，平均溫度偏高1.5℃左右，不能滿足制冷要求。

（5）在M平臺整車上進(jìn)行試驗，直接替代，新制冷劑空調(diào)系統(tǒng)制冷性能比原R134a空調(diào)系統(tǒng)下降，平均溫度偏高2.0℃左右，不能滿足制冷要求。

（6）在系統(tǒng)臺架及M平臺整車上進(jìn)行試驗驗證，通過增加500 mm的IHX管和調(diào)整空調(diào)器膨脹閥參數(shù)（膨脹閥最佳設(shè)定值；0.137/0.258 MPa，對應(yīng)0℃/10℃），提升了系統(tǒng)性能，新制冷劑空調(diào)系統(tǒng)制冷性能與原R134a空調(diào)系統(tǒng)出風(fēng)口溫度相當(dāng)，滿足制冷需求。