ＦＬＵＩＤＭＡＣＨＩＮＥＲＹＶ０１．３９，Ｎｏ．５，２０１１文章编号：１００５—０３２９（２０１１）０５—００６６－０４一种新型天然混合工质在汽车空调系统中替代Ｒ１３４ａ的试验研究：王辉１，黄虎１。张忠斌１，袁冬雪１。黄昌瑞２，缪汉叶２，陈小强２（１．南京师范大学，江苏南京２１００４２；２．江苏天腾化工有限公司，江苏东台２２４２４７）摘要：提出一种新型天然混合工质，Ｒ１２７０／ＤＭＥ／Ｒ２４５ｆａ，（１０％／８０％／１０％，质量），作为汽车空调Ｒ１３４ａ替代制冷剂。其中质量比１０％的Ｒ２４５ｆａ作为阻燃剂，使制冷剂安全性能满足指标。在理论上计算了新工质的热力学性质，并在与被替代工质进行对比分析的基础上，依据《汽车用空调器》国标给定的各试验工况将该工质及Ｒ１３４ａ进行对比试验。结果表明，在对原机组不做任何改动的情况下，相同运行条件，采用新工质系统与原Ｒ１３４ａ系统相比性能参数稆近，制冷量增大，ＣＯＰ值有较大幅度提升。新工质可作为Ｒ１３４ａ在汽车空调系统中直接“灌注式”替代物。关键词：汽车空调；ＣＯＰ；替代制冷剂；Ｒ１３４ａ中图分类号：Ｔ１３６文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—０３２９．２０１１．０５．０１５ＡｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＲｅｐｌａｃｉｎｇＲ１３４ａｉｎｔｈｅＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｂｙＵｓｅｏｆｔｈｅＮｅｗＮａｔｕｒａｌＭｉｘｅｄＲｅｆｒｉｇｅｒａｎｔＷＡＮＧＨｕｉｌ，ＨＵＡＮＧＨｕｌ，ＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ－ｂｉｎｌ，ＹＵＡＮＤｏｎｇ－ｘｕｅｌ，ＨＵＡＮＧＣｈａｎｇ．ｒｕｉ２，ＭＩＡＯＨａｎ．ｙｅ２，ＣＨＥＮＸｉａｏ－ｑｉａｎ９２（１．ＮａｎｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４２，ｃｈｉｎａ；２２４２４７，ｃｈｉｎａ）’２．ＴｉａｎｔｅｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＤｏｎｇｔａｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗ咖ｏｆｎａｔｕｒａｌｍｉｘｅｄｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｎｅｗｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，Ｒ１２７０／ＤＭＥ／Ｒ２４５ｆａ，（１０％／８０％／１０％，ｍａｓｓ）ａ８ａｓａａｎａｌ・ｔｅｒｎａｔｉｖｅｆｏｒＲ１３４ａｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ｗｅｕｓｅｄｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆ１０％ｏｆｔｈｅＲ２４５ｆａｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｔｈｅｔｗｏｔｙｐｅｓｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｔｏｍｅｅｔｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｎｅｗｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｉｎｔｈｅｏｒｙ．ｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎＷ８８ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＲ１３４ａｉｎｔｈｅｕｎｉｔａｉｒｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｔｈｅｇｉｖｅｎｅｘ—ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｃｈａｎｇｅｓｉｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｏｆｖｅｈｉｃｌｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｌｅｄｗｉｔｌｌｔｈｅｎｅｗｎｏｎｅｔｈｅｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｓａｍｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｌｌｔｈａｔｆｉＨｅｄ’ＩｒｉｔｌｌｎｅｗＲ１３４ａ，ｈａｄｔｈｅｃｌｏｓｅｄｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔＣａｌｌｏｐｅｒａｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ．ＴｈｅＣＯＰｗｎｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｈａｒｐｌｙａｓｗｅｌｌ．Ｔｈｅｉｎ”ａｈｅｍａｔｉｖｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｆｏｒＲ１３４ａｉｎｂｅｕｓｅｄ鼬ｔｈｅ“ｄｒｏｐａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ＣＯＰ；ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ；Ｒ１３４ａ１前言在蒙特利尔议定书签订以前，汽车空调系统多数使用ＣＦＣｌ２作为制冷剂。但其ＯＤＰ值是１．０。根据蒙特利尔议定书，ＣＦＣｌ２是一级被禁制冷剂。随后Ｒ１３４ａ凭借与Ｒ１２相近的热力性能和相对较好的环境性能，逐渐成为ＣＦＣｌ２在汽车空调中的替代物。截止１９９４年，发达国家已完成了对收稿日期：２０１０—１０—１６ＣＦＣｌ２的全部替换工作，我国２００２年元月以后生产的大部分汽车空调系统也以Ｒ１３４ａ代替了ＣＦＣｌ２ｕＪ。然而，Ｒ１３４ａ也存在着如下的缺点：（１）有较高的温室效应（ＧＷＰｌ００＝１３００），能耗较高；（２）需要专用酯类润滑油；‘（３）对铜管有腐蚀性；（４）据报道悼Ｊ，Ｒ１３４ａ在大气中分解后会产万方数据２０１１年第３９卷第５期流体机械６７生一种吸湿力较强的具有腐蚀性的液体，可在不同地方聚集，该液体对人体的健康有一定的危害，所以Ｒ１３４ａ已经被认为是一种过渡型的替代物口】。自Ｒ１３４ａ被纳入《京都议定书》限制生产和使用的制冷剂范畴以来，国际制冷界一直在积极寻求Ｒ１３４ａ的替代工质。ＨＣｓ制冷剂在汽车空调上的应用一直受着其可燃性质的限制，Ｍａｃｌａｉｎｅ－ｃｒｏｓｓ对碳氢制冷剂在汽车空调上应用的危险性进行过评价Ｈ。５Ｊ，认为汽车空调在充注碳氢制冷剂的情况下，其充注量仅相当于汽车燃油携带量的约ｌ％，而且汽车空调除蒸发器外，其他部件均不与乘坐空间相通，造成危险的可能性是非常小的。由于碳氢制冷剂在汽车空调上应用的限制，碳氢制冷剂在汽车空调表１上应用方面的文献较少。本文在热力学的基础上，对新型天然混合制冷剂在汽车空调系统中替代Ｒ１３４ａ进行了分析，并在试验的基础上，对新型制冷剂替代Ｒ１３４ａ的性能进行了探讨。２新型制冷剂的热力学性质和环境性能本文运用Ｒｅｆｐｒｏｐ８．０对新制冷剂进行热物性计算。新型制冷剂与Ｒ１２【６Ｊ、Ｒ１３４ａ的物性参数［７１和环境性能参数口１如表１所示。其中，肘为相对分子质量，ｔ。为标准沸点，ｔ。为泡点温度（１０１．３２５ｋＰａ），ｔｄ为露点温度（１０１．３２５ｋＰａ），ｔ。为临界温度，ｔ为临界压力，ｙ为临界摩尔比容，出为温度滑移．饱和蒸气压曲线如图１所示。只（ＭＰａ）４．１２４．０６５．４５制冷剂基本物性参数ｔ。（℃）１１２．０１０１．１制冷剂Ｒ１２Ｒ１３４ａＭｆｇ／ｍ０１）ｔ６（℃）—２９．８—２６．３—４８．０‘（℃）ｔｄ（℃）Ｖ（ｅｍ３／ｍ０１）２１６．８１９９．３１７１．６Ａｔ（℃１０Ｏ７ｏＤｐ１０．００８０ＧＷＰ（１００年）８５００１３００３１２０．９１０２．３４８．８新型制冷剂—３３—２６１２４保护臭氧层、减小全球温室效应的环保要求；（３）新型制冷剂存在温度滑移，有效地利用温度滑移可以加强逆向流程的换热器的换热。可以提高系统制冷性能；（４）新型制冷剂与Ｒ１３４ａ的饱和蒸汽压几乎重合，而且比Ｒ１３４ａ更接近Ｒ１２，说明热工状况更适合用来代替Ｒ１２。而且，新制冷剂的制冷压力比Ｒ１２大，或者说在相同的压力下，制冷温度比Ｒ１２低，可以取得更好的制冷效果。３试验研究图１制冷剂饱和蒸汽压曲线在空气一水热泵实验台上模拟汽车空调系统内部冷剂循环，进行两种制冷剂的性能对比试验。３．１试验工况本次试验按照《汽车用空调器》规定的实验工况为依据，由表２所示。（ｏＣ）从表１和图１可以看出，新型替代制冷剂具有以下特点：（１）ＯＤＰ值为零，对大气臭氧层没有破坏作用；（２）其ＧＷＰ值远小于Ｒ１３４ａ，更加符合当前表２汽车空调器的试验工况试验条件名义制冷制冷运行最大负荷低温凝露蒸发器侧入口空气状态干球温度２７３２．５２ｌ２７冷凝器侧入口空气状态干球温度３５５０２１２７湿球温度１９．５２６１５．５２４万方数据ＦＩＪＵＩＤＭＡＣＨＩＮＥＲＹＶ０１．３９，Ｎｏ．５，２０１１根据实验室的条件及汽车空调器厂提供的汽车空调器在表２所示工况下的实际运行参数（主要是压缩机进出口压力，温度参数），从而调节试验室机组进风温度和板式换热器进水温度和流量，使试验汽车空调压缩机进出口压力和温度在试验空调系统中达到同样值，保证试验机组内制冷剂循环与汽车空调内部制冷剂循环环境相近。最终确定了表３所示的以Ｒ１３４ａ为基准的试验机组运行参数及外部条件，再以相同外部工况条件对新型替代制冷剂进行试验，以达到对比试验的目的。表３以Ｒ１３４ａ为基准的机组运行及外部条件参数试验条件名义制冷最大负荷低温排气压力（ｋＰａ）１４８５．９１５１７０１．３１６１１８３．９３６１３１３．０３排气压力对应对应冷凝器进口饱和温度（℃）５５６０４６５０吸气压力（ｋＰａ）３１６．８８３３５０．４６２７９．８７３０９．１７３吸气压力对应对应蒸发器２５一ｌ１．５２１．８４３．２１０．５２１．９蒸发器进水空气温度（℃）３７．４４１．４３０．３３２．７饱和温度（℃）出水温度（℃）流量（ｍ３／ｈ）２．７２．７２．７２．７凝露３．２试验系统为满足表３规定的试验工况要求，试验在图２所示的人工环境试验室进行。空气处理机组（６）、（７）保证试验工况规定的试验环境干（湿）球温度，控制精度由表４所示。风冷冷水机组一制冷流程一・制热流程翅片式涣热器弘丹巧图３试验样机流程示意一工况外界参数达到表３所示各工况参数值，在试验过程中，保持试验装置周围无异常的空气流动，当机组在相应的测试工况下稳定运行１ｈ以上，且相关被测参数的波动范围在１％内，采集相应的状态参数，整个数据采集过程持续１５ｍｉｎ（采样问隔为５ｓ），取其平均值作为各参数的测量值。新制冷剂的对比试验按同样外界工况和同样步骤进行。图２试验系统示意表４测试环境间温（湿）度控制精度４试验结果与讨论温度干球温度湿球温度精度±１．０℃±０．５℃在４种不同工况下，两种制冷剂试验结果如图４所示。结果表明，在同一机组，相同外部参数３．３试验样机与测点布置图３为试验样机的流程图。３．４试验步骤首先进行Ｒ１３４ａ机组试验，通过调节试验环境间空气温度和机组板式换热器进水温度，使每条件下，新型替代制冷剂与Ｒ１３４ａ相比有以下特点：（１）吸气压力和排气温度与Ｒ１３４ａ相近，排气压力有显著降低，从而使系统内部压降减小，有利于系统耗功的减少，ＣＯＰ的提高；万方数据２０１１年第３９卷第５期流体机械运行工况试验：［况试验工况（ｃ）ＣＯＰ（ａ）吸气压力、排气压力（ｂ）单位体积制冷量ｇ，＆ｏ董５．５钆３．０运行工况运行工况运行工况（ｄ）排气温度如（ｅ）制冷量ｇｏ（ｆ）功耗ｐ０图４新型制冷剂和Ｒ１３４ａ在同一机组不同工况下热力循环参数对比（２）４种试验工况下，机组功耗平均降低１２．８％，制冷量平均提高９．９％，最终使系统ＣＯＰ提高２６．２％。节能效果非常显著。（３）整个试验过程未发现系统部件和润滑油的外观变化，表明新制冷剂有良好的材料兼容性。Ｈ］１Ｊ口心］业出版社，２００３．．马富芹，吴建波，王军．ＣＯ：汽车空调用紧凑式换热器理论设计的探讨［Ｊ］．制冷，２００４，２３（４）：６９－７２．刘岩，梁荣光，巫江虹，等．新型汽车空调制冷剂ＣＭＲ一０２与Ｒ１２、Ｒ１３４ａ性能比较［Ｊ］．环境科学与技术，２００７，（３０）：２３－２４．Ｍａｃｈｉｎｅ－ｃｒｏｓｓＩＬＵｓａｇｅａｎｄｒｉｓｋｏｆｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｆｒｉｇｅｒａｎｔｓｉｎｍｏｔｏｒＰＡⅢｒ８ｒｅ・５结语新制冷剂环境性能优越，通过新制冷剂和Ｒ１３４ａ在同样的环境下、相同的机组上进行模拟汽车空调器在不同工况下运行状态的对比试验。发现原Ｒ１３４ａ的制冷系统在充入新制冷剂后，系统运行稳定，压力温度工作范围与Ｒ１３４ａ接近，制冷量、ＣＯＰ均提高，输入功率有较大幅度降低，节能效果明显。新制冷剂系统运行的效果优于Ｒ１３４ａ，稳定性好，而且无需更换润滑油。从热力性能角度上讲可以考虑将新制冷剂作为Ｒ１３４ａ的一种替代制冷剂直接替代使用。参考文献［１］曹德胜，史琳．制冷剂使用手册［Ｍ］．北京：冶金工随］口］口］ｆｏｒＡｕｓｔｒａｌｉａａｎｄｔｈｅＵｎｉｔｅｄＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，２００４，Ｓｔａｔｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ２７：３３９辎．ｏｆＬＰＧＭａｃｈｉｎｅ－ｃｒｏｓｓＩＬ，ＬｅｏｎａｒｄｉＥ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄＳａｆｅｔｙＲｄｒｉｇｅｒａｎｔｓ［Ａ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＬｔｄ［ｃ］．ＩＳＢＮｏｆｔｈｅ“ＦｕｅｌｆｏｒＣｈａｎｇｅ”ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆＡｕｓｔｒａｌｉａＬｉｑｕｅｆｉｅｄＰｅｔｒｏｌｅｕｍＧａｓＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＰａｒａｄｉｓｅ０６４６２４８８４７Ｓｕｒｆｅｒ’８Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ，１９９５．１４９－１６８．俞炳丰，彭伯彦．ＣＦＣｓ制冷剂的回收与再利用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９２．１８１—１８２丁国良，张春路，赵力．制冷空调新工质［Ｍ］．上海：上海交通大学出版社，２００３．作者简介：王辉（１９８５一），男，在读硕士研究生，研究方向为天然混合工质替代现有空调系统工质的研究，通讯地址：２００２３３上海市徐汇区宜山路７５７号，主楼４楼，美施威尔（上海）有限公司。万方数据
