汽车空调制冷剂选择

清雅轩

汽车空调制冷剂选择
注：①美匡国冢标准与技术研究所；② 杜邦公司提出的司暴露极限；③最大允许浓度

    汽车空调制冷剂在汽车舒适性方面起着重要作用，因为目前大部分的汽车空调均采用机械压缩式制冷循环原理，在这个循环中，就必须有制冷剂作为工作介质，使之通过自身热力学状态的变化与外界发生能量置换，从而达到制冷的目的。可以说，制冷剂选用的是否恰当是制冷循环的关键。目前的制冷剂按其化学组成分为三类：无机物、卤代烃(氟利昂)、碳氢化合物。传统情况下一般主要从热工特性方面来选用。

1 环保问题对汽车制冷剂的要求
    根据汽车空调系?strong>车墓ぷ魑露确段В??ゲ捎玫闹评浼潦荝12，(即氟利昂12，代号CFC12)。CFC12无色、无味、无毒，在空气中含量不超过3O的情况下，一般对人体无害。单从热力学性质和物理化学性质方面来看，CFC12无疑是最理想的制冷剂。但是，加利福尼亚大学的ROWI AND 和MDlNE两位教授首先指出，氯氟烃(CFCs)的分子中含有氯，具有破坏大气臭氧层的能力。现已证实，大气臭氧层的耗减甚至出现空洞将会引起人们的皮肤癌、白内障等发病率的上升；减退人类的免疫功能；引起农业渔业减产等。

    此外，CTCs的大量排放还会助长温室效应，加速全球气候变暖。为此，联合国环保组织召开了几次会议，几十个国家和地区共同讨论并签署了《蒙特利尔议定书》，对CTCs和HCFCs物质的限制使用确定了日程。CTCs是卤代烃制冷剂中的全卤代烃，即在它们的分子中只有氯、氟、碳原子，这类氟利昂称氯氟烃，简称CTCs。R11、R12、R13、R113、R114等都属于CTCS类；如果分子中除了氯、氟、碳原子外，还有氢原子，则称氢氯氟烃，简称HCFCs，如R22。过去CFC12作为汽车空调的制冷剂，其用量约占全世界CFC12用量的28 。

  汽车空调由于处于动态工作环境，负荷大，使用开式或半开式压缩机极易引起泄漏。据测，全世界泄漏到大气中的CFC物质中有3／4是由于汽车空调泄漏引起的，在汽车空调装置中用新的制冷剂来替代的任务已十分紧迫。根据工业要求和环保趋势，选择和评价制冷剂时需要考虑多方面因素，主要有：安全方面(S)：毒性(T)、燃烧性(F)；环境方面(E)：臭氧破坏潜能(ODP)、全球变暖潜(GWP)、雾效应(VOC)；直接充灌方面(D)：与润滑油的互溶性(MO)、材料的兼容性(MM)、单位容积制冷量(q )；热工参数(P)：蒸发压力(P )、冷凝压力(P )、排气温度(Tz)、滑移温度(GT)；循环性能(C)：能效比(COP)、单位质量制冷量(q0)、压比(兀)。

    按照传统原则，以上因素按层次的先后其重要程度依次下降，但环境因素随时代发展愈来愈受到重视，破坏臭氧层的物质必须禁用，同时也需提高对GWP和VOC的重视。国内外一直在积极寻找CFC12替代物，目前，世界上采用的替代方案主要有三种，美国的制冷剂HFC152a、德国的制冷剂R一600a、中国的混合制冷剂HFCI52a／HCF℃22。HF℃152a／HCF℃22方案是一种过渡型的方案，对臭氧层仍有破坏作用，产生温室效应，同时对制冷装置本身的材料也会产生腐蚀；R-600a不会破坏臭氧层，臭氧层破坏系数为0，温室效应系数为0，但R-600a易燃易爆，在美国、日本等国家禁止使用。相比之下，HFCI34a成了取代汽车空调中CFC12较为现实的制冷剂。

2 用HFC134a替代CFC12

    2.1 HFC134a与CFCI2的性能比较

    HFCI34a与CFC12的主要性能见表1。可见HFCI34a具有良好的大气环境特性，臭氧层破坏系数(ODP)为0；安全性高，不易燃，不爆炸，无毒，无刺激性和腐蚀性；蒸发潜热高，定压比热大，具有较好的制冷能力；粘度较低，流动性好；分子直径接近CFCI2，制冷剂渗透少；饱和蒸汽压力与CFC12接近。导热系数较高，热传导效果好。
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2008-5-29 15:16


注：①美匡国冢标准与技术研究所；② 杜邦公司提出的司暴露极限；③最大允许浓度

通过实验数据的分析，在质量流量相同的条件下，HFCI34a的蒸发传热系数比CFC12高35—45 ；冷凝传热系数比CFCI2高25—35 ；饱和液体导热系数比CFCI2高16 左右。由此说明，在相等的制冷量或放热量的情况下，用HFCI34a可比CFC12减小换热面积。与CFCI2相比较，HFCI34a温度越低，饱和蒸汽压力越小；温度越高，饱和蒸汽压力越大，可见制冷压缩机如果在相同的温度区域内工作的话，需要功耗越大，约高8左右。

    2.2 使用HFCI34a的制冷系统与CFCI2制冷系?strong>车牟煌?br />
    2.2.1 HFCI34a压缩机需增加10—15 的汽缸容积，以保证相同的制冷量；对水分、杂质等含量有严格限制，清洁度要求更高；噪声更大；

    2.2.2 由于HFCI34a与矿物油几乎完全不相溶，不能采用传?strong>车目笪镉妥魑?涠郴?停?匦胧褂煤??曰?暮铣捎停?刹捎糜胫?嗳苄越虾玫闹?嗷蚓鄱??PAG)油；

    2.2.3HFCI34a系统应配用吸水性较强、体积稍大、分子直径介于HFCI34a和水之间的干燥过滤器；
    2.2.4HFC134a制冷剂不含氯原子，检漏不能采用卤素检漏仪，应用电子检漏仪或HFCI34a检漏仪等。

3 结束语
    通过对比分析可以看出，HFCI34a具有作为汽车空调制冷剂应具备的热工性能、环境性能、安全性和耐久性等条件，可取代CFCI2作较为现实的制冷剂，目前已进入商业化生产和适用阶段。但是它的排放仍会带来一定的温室效应，从环保的角度看，仍不是最理想的制冷剂。不过，只要对制冷系统进行改进，尽量减少它的排放量，在理想的绿色制冷剂开发出来之前，HFCI34a仍然是目前最现实的汽车空调制冷剂。