1种直接替代二氟一氯甲烷的新型制冷剂研究

王斌辉，李行行，童灿辉

（浙江巨化新材料研究院有限公司，杭州311305）

二氟一氯甲烷（R22，HCFC-22）属于含氢氯氟烃（HCFCs）类制冷剂，是现今冷冻冷藏系统中最常用的制冷剂。由于HCFCs 类制冷剂其消耗臭氧潜能（ODP）和全球变暖潜能（GWP）较高，已经进入了淘汰时代。中国作为发展中国家，将按哥本哈根修正案的要求，履行淘汰HCFCs 等消耗臭氧层物质的义务，将在2030 年彻底停止HCFCs类制冷剂的使用[1]。因此寻找合适的替代R22的制冷剂作为过渡性产品已十分迫切。

国内外对制冷剂R22 的替代工作做了很多研究，一些学者主张采用天然工质为替代物并取得了一些进展[2-5]。但天然工质如丙烷（R290）、异丁烷（R600a）等存在易燃易爆问题，充注量受到限制；CO2 因系统压力过高，也限制其发展。目前代替R22 主要是氢氟烃（HFCs）类制冷剂，如二氟甲烷（R32）、R410a（R32 和1,1,1,2,2-五氟乙烷（R125）各50%的混合物）、R407c（R32、R125、1,1,1,2-四氟乙烷（R134a）的混合物）、R404a 等。R410a（R125、R134a、1,1,2-三氟乙烷（R143）的混合物）的冷凝压力较R22高约50%，为了适应高压以及优化换热器必须对原有系统进行重新设计，增加了系统设计方面的费用[6]。R32 也有相同的问题。R407c不能与用R22操作系统的矿物油或烷基苯油相兼容，特别是回油不充分，需要使用多元醇酯（POE）或聚亚烷基二醇（PAG）型的新油。所以需要寻找一种安全、环保、无需改造现有设备和更换润滑油的冷媒。现阶段，符合要求的市场化的制冷剂主要有阿科玛的R427A 和科慕的R438A。

基于以上情况，在R32、R125、R134a 基础上，笔者研发了1 种能直接取代R22 的新型制冷剂，辅加其他2种单工质，按一定比例混配而成的非共沸物，暂命名JXL-01。该冷媒不可燃，属于A1级别制冷剂，ODP为0，GWP为1 900左右。

1 实验部分

1.1 实验装置

为了验证JXL-01 和R22、R427A、R438A 传热性能对比，选取美的家用分体式空器调进行测试，型号为KFR-26GW/WDRD-3@。制冷量2 600 W，制冷功率815 W，R22充注量为920 g。对空调进行改装，加上温度和压力传感器，可以测定空调系统不同位置的温度和压力。

1.2 实验工况

首先用R22对该空调器进行制冷和制热工况测试，获得所需性能数据。然后换成所要测试的新冷媒，分别做以下测试。

1）制冷剂充注实验。对不同制冷剂进行适宜充注量测试，将空调内的R22 抽出，分别充注JXL-01、R427A、R438A，从R22充注量的80%开始充注，每20 g 收集数据，获取结果后确定适宜充注量。

2）制冷工况。测定不同冷媒的制冷性能，外机环境温度分别设定35 ℃，空调内机设定温度为17 ℃。在1 h内不同时间段采集出风口温度，蒸发器入口压力和耗电量情况。

3）制热工况。测定不同冷媒的制冷性能，外机环境温度分别设定0 ℃，空调内机设定温度为26 ℃。在2 h内不同时间段采集出风口温度，冷凝器入口压力和耗电量情况。

2 结果与讨论

2.1 饱和压力

图1为几种制冷剂的饱和压力曲线。

图1 不同工质饱和气相压力对比Fig 1 The vapor pressure of different refrigerants

由图1可知，JXL-01和R22有相似的热力学性质，饱和压力曲线和R22 极为相似，和R427A、R438A也都十分接近。

3.2 充注量

制冷剂充注实验结果如表1。

表1 不同制冷剂适宜充注量对比Tab 1 best charge amount of different refrigerants

由表1可知，JXL-01、R427A、R438A的适宜充注量都少于R22的920 g充注量标准，但JXL-01充注量最少，只相当与R22 的85%左右。JXL-01的蒸发出口温度和吸气温度最低，吸气压力也低于R427A和R438A。

3.3 制冷性能

35 ℃制冷工况下JXL-01、R427A、R438A 和R22的相应实验数据（出风口温度、蒸发入口压力和耗电量情况）对比分别见图2～图4。

图2 制冷工况出风口温度Fig 2 evaporator outlet temperature of refrigeration condition

图3 制冷工况蒸发入口压力Fig 3 evaporator inlet pressure of refrigeration condition

图4 制冷工况耗电能Fig 4 power consumption of refrigeration condition

由图2～图4 可知，JXL-01 和R22 在出风温度、蒸发入口压力和耗电情况都和R22 极为接近，优于R427A、R438A。

0 ℃制热工况下JXL-01、R427A、R438A 和R22的相应实验数据（出风口温度、冷凝入口压力和耗电量情况）对比见图5～图7。

图5 制热工况出风口温度Fig 5 condenser outlet temperature of heating condition

图6 制热工况冷凝入口压力Fig 6 condenser inlet pressure of heating condition

图7 制热工况耗电能Fig 4 power consumption of heating condition

由图5～图7可知，JXL-01制热工况下出风口温度高于R22，和R427A、R438A有相似的制热效果；但冷凝压力和R22 接近，低于R427A 和R438A；在能耗上比R22 和R438A 更节能，和R427A有相同的节能效果。

3 结 论

新型环保制冷剂JXL-01 可以直接取代R22 在空调器上应用，对原系统不做任何改动，也不需要更换润滑油。充注量只相当于R22的85%，且比R427A 和R438A 的充注量都少。在制冷和制热上表现出优异的性能，与R22的工况也更加接近，是R22的理想替代冷媒之一。