汽车空调新型制冷剂应用研究

佟林、魏王睿、王龙、赵萌、徐明

（一汽轿车股份有限公司 130000）

0 引言

2006年5月，欧盟出台了关于汽车空调系统排放物的法规DIRECTIVE2006/40/EC。该法规要求，自2011年1月1日起，在欧盟境内生产和销售的所有新的设计车型，不允许使用GWP（全球变暖潜能值） 值大于150的制冷剂[1]；自2017年1月1日起，在欧盟境内生产和销售的所有新车，禁止使用GWP值大于150的制冷剂。由于目前行业界广泛使用的R134a制冷剂的GWP值为1 430，因此R134a的逐步淘汰，新的低GWP的制冷剂的使用将成为必然趋势。

R1234yf的环境参数优异：GWP仅为4，ODP（臭氧层消耗潜能值）为0，大气分解物与R134a相同，LCCP（寿命期气候性能）也低于R134a。安全性方面R1234yf无闪点，自燃点405℃，为弱可燃性，R1234yf可燃性要远远小于目前已知的几种可燃性制冷剂。且R1234yf为低毒性，其毒性低于R134a。R1234yf最大的缺点在于其潜热值低。如果以R1234yf直接替换R134a而不改变现有的空调系统，将导致系统制冷量不足，制冷效果差。

本文通过增加IHX管路及调整膨胀阀参数，对M平台空调系统进行了优化，使其与新制冷剂相匹配，满足制冷性能要求。

1 R1234yf与R134a性能对比

首先，针对R1234yf和R134a的热力学特性进行了对比，在不同蒸发温度下，单位时间内，相同质量上述2种制冷剂的制冷量对比结果如表1所示。

从上述数据可以看出，相同蒸发温度下，其R1234yf制冷量仅为R134a的75%左右。

其次，针对2种制冷剂与O型圈的兼容性进行了对比如表2所示。

表1 热力性能对比

表2 制冷剂与空调管O型圈兼容性对比

从上述数据可以看出，R1234yf与R134a，都能与行业内空调管O型圈兼容。

最后，针对2种制冷剂与塑料材料的兼容性进行对比结果如表3所示。

表3 R1234yf与R134a与塑料兼容性对比

表4 R1234yf直接替代R134a系统制冷性能对比

从上述数据可以看出，R1234yf与R134a，都能与现在行业内空调管内层塑料材料兼容。

2 R1234yf直接替换R134a系统性能

本文在原R134a系统中直接应用R1234yf，进行了降温性能对比台架试验，结果如表4所示。

结果表明：直接替代，新制冷剂空调系统制冷性能比原R134a空调系统下降，平均温度偏高1.5℃左右。

3 优化系统性能

IHX管是将高压液体管与低压气体管耦合成一根管，其结构如图1所示。

高温高压的液态制冷剂与低温低压的气态制冷剂在IHX管中进行换热，有效回收了低温气态制冷剂的冷量，使得进入蒸发器的制冷剂焓值降低，从而有效地提高空调系统的制冷性能。

根据各主机厂及IHX管供应商的开发经验，IHX管的目标长度为500 mm，可根据系统情况及布置情况做适当调整。但正式应用前，必须经过试验验证。

图1 同芯制冷管结构及布置示意图

表5 优化系统匹配R1234yf与原系统匹配R134a性能对比

表6 优化系统匹配R1234yf与原系统匹配R134a整车降温性能对比

本文通过增加500 mm 的IHX管和调整空调器膨胀阀参数（膨胀阀最佳设定值；0.137/0.258 MPa，对应0℃/10℃），提升了系统性能，同时保证压缩机的排气温度保持在105℃以下，以R1234yf为制冷剂，进行了降温性能台架试验，结果如表5所示。

结果表明：通过系统优化，新制冷剂空调系统制冷性能与原R134a空调系统相当。

4 优化系统匹配R1234yf整车降温性能

新制冷剂R1234yf空调系统整车降温性能评价结果如表6。

结果表明：通过系统优化，优化后系统匹配R1324yf实车空调系统制冷性能与原R134a空调系统相当。

5 结束语

（1） R1234yf的热力性能明显弱于R134a，相同蒸发温度下，其制冷量仅为R134a的75%左右。

（2）R1234yf与R134a，都能与现在行业内主要空调管O型圈的材料（NBR/HNBR/EPDM等）兼容。

（3）R1234yf与R134a，都能与现在行业内主要空调管内层塑料材料（尼龙/涤纶/PET等）兼容。

（4）在系统台架上进行试验，直接替代，新制冷剂空调系统制冷性能比原R134a空调系统下降，平均温度偏高1.5℃左右，不能满足制冷要求。

（5）在M平台整车上进行试验，直接替代，新制冷剂空调系统制冷性能比原R134a空调系统下降，平均温度偏高2.0℃左右，不能满足制冷要求。

（6）在系统台架及M平台整车上进行试验验证，通过增加500 mm的IHX管和调整空调器膨胀阀参数（膨胀阀最佳设定值；0.137/0.258 MPa，对应0℃/10℃），提升了系统性能，新制冷剂空调系统制冷性能与原R134a空调系统出风口温度相当，满足制冷需求。