汽车空调制冷剂应用与发展现状

汽车空调制冷剂应用与发展现状

摘要：汽车空调是现代汽车产业必不可缺的重要组成，是衡量汽车舒适性能和安全性的一个重要指标。而汽车空调的重要组成部分制冷剂的性能决定着汽车空调的品质好坏。全球环境的恶化，大气的污染对汽车空调制冷剂有着越来越高的环保要求，本文介绍了汽车空调现在使用的制冷剂CFC-12和 HFC134a的优缺点和应用现状，以及汽车空调制冷剂研究的现状和发展前景。

关键词：汽车空调制冷剂；应用；发展；现状

1前言

汽车空调制冷系统中循环流动的工作介质叫制冷剂，在收到制冷压缩机压缩功的作用下，它在系统的各个部件间循环流动，从而进行能量的转换和传递，实现制冷机向高温热源放热和从低温热源吸热的功能，达到制冷的目的[1]。

近年，我国的汽车工业得到了长足发展，汽车制冷剂也已处于CFC-12向HFC134a的过渡阶段。全球变暖带来的环境问题，要求汽车空调制冷剂想更加环保的方向发展。

2制冷剂对环境的影响

空调制冷中主要是采用卤代烃制冷剂，其中不含氢原子的称为氯氟烃（CFC)，含氢原子称为氢氯氟烃(HCFC)，不含氯原子的称为氢氟烃(HFC)。空调制冷剂对大气环境的影响主要有两个方面，一是对大气臭氧层的破坏，另一方面是使全球气候变暖的温室效应。在卤代烃中，随着氯原子数的增加，其对大气臭氧层的破坏就愈严重，因此，CFC对大气臭氧层的破坏最严重，HCFC对大气臭氧层的破坏程度相对较小，HFC不破坏臭氧层。制冷剂对臭氧层的破坏程度用破坏臭氧层潜值(Ozone deple-tionpotential，简称ODP)表示。制冷剂的排放会产生全球气候变暖的温室效应，其影响程度用全球变暖潜值(Global warming potential，简称GWP)表示[2]。

3制冷剂CFC-12的淘汰和HFC134a的替代

在蒙特利尔协议书签订以前，汽车空调系统多数使用CFCl2作为制冷剂。CFCl2是非常理想的制冷剂，它的沸点和摩尔质量分别是：-29.79℃和

120.93kg/kmol，但它的ODP值较高，根据蒙特利尔协议书，CFC12是一级被禁制冷剂。为了寻找新的冷媒来代替CFC类物质，空调行业已经作了广泛的研究，

做了大量的努力去寻找ODP值为零的新工质。在这些研究中，由杜邦公司开发的制冷剂HFC134a被成功的应用到制冷行业里。制冷剂HFC134a的主要特点是：不含氯原子；具有良好的安全性能；物理性能与CFCl2比较接近，所以制冷系统的改型比较容易；传热性能比CFCl2好，制冷剂的用量可大大减少。HFC134a和CFCl2有相近的蒸发压力并且ODP值为零，GWP值仅1300，且无毒性。目前，HFC134a 已经广泛使用于汽车空调。

HFC134a与现有矿物质的冷冻机油不溶合，因此不得不为之寻找新的压缩机油。通过反复试验与筛选，现已开发出两种与HFC134a溶合的油，它们的代号为PAG及POE，而PAG油应用较为普遍。但仍存在如下问题：具有高吸湿能力，易使制冷系统的节流元件(毛细管或膨胀阀)发生冰阻，因此需要加大系统中干燥剂的装入量或提高其吸湿能力；高温下与HFC134a的溶合性降低，甚至不可溶。因此要特别注意改善系统的冷凝条件，勿使冷凝温度过高；润滑性比矿物油稍差；对制冷系统现用的橡胶密封件有渗透或腐蚀作用，不仅涉及到橡胶密封件，还牵连到制冷剂的输送软管；价格较现在冷冻机油贵4-5倍。针对上述问题，应对汽车空调制冷系统的设计作如下的改变：制冷压缩机排量不变，可维持原机型，但所有橡胶密封件都必须换成氢化丁氰胶(HNBR)材质；冷凝器(含储液干燥器)需修改设计，以提高散热能力及吸附制冷剂与油中水份的能力；蒸发器可维持原结构不变；热力膨胀阀必须加大原有节流元件的阻尼值，故应减少其节流孔，还要更换密封件的材质，并用型号表明是用HFC134a的；制冷剂管路(含软管及接头)方面，需更换接头内密封件的材质，软管采用多层复合结构、在抗PAG油的橡胶内衬中夹一层尼龙，以提高抗渗透能力。

但是根据欧盟已通过的含氟温室气体控制法规的要求，自2017年1月1日起，欧盟将禁止新生产的汽车空调使用GWP值大于150的制冷剂，由于现在使用的HFC134a的GWP值为1300，故将被禁用；在2011年1月1日至2017年1月1日的6年间，在用汽车空调将按比例逐步淘汰GWP值大于150的制冷剂；自2017年1月1日起，将禁止所有汽车空调使用GWP值大于150的制冷剂。因而，汽车空调使用低GWP值的制冷剂成为趋势和必然，CO2、碳氢化合物、HFC152a以及一些可作为汽车空调制冷剂的混合物成为研究热点。

4新型汽车空调制冷剂的研究

新型汽车空调制冷剂的选择有两个方向合成工质的制冷剂和天然工质制冷剂，其中在合成工质的制冷剂方面美国霍尼韦尔( H o n e y w e l l )公司自2 0 0 2年起开始研发HFC134a的混合物替代品，开发出了由四氟丙烯(CF3CF=CH2)和三氟碘甲烷(CF3l)组成的二元混合物(以四氟丙烯为主)，并命名为Fluid H。美国德尔福(Delphi)、通用汽车(General Motors)等公司正在研发以HFC152a

为制冷剂的汽车空调系统。据其研究和试验结果可知，汽车空调使用HFC152a

作制冷剂基本无需更改现有以HFC134a为制冷剂的汽车空调系统的管路部件及生产线，与目前的HFC134a系统相比，可提供相当甚至更优的制冷效果，且性能系数更高。ODP值为零，GWP值为140且不溶于水。

而在天然工质制冷剂则有环保性能好，成本低，运行压力低，噪声小，但其易燃，易爆的碳氢化合物；，具有优良的热力性质，价格低廉且容易检漏但是有毒性而且可燃的氨；以及来源广泛、成本低廉，且安全无毒，不可燃，适应各种润滑油常用机械零部件材料，即便在高温下也不分解产生有害气体但能耗高，稳定性不够好的二氧化碳。下面简单介绍几个新型汽车空调制冷剂。

4.1HFO-1234yf

HFO-1234yf即氢氟烯烃类四氟丙烯,具有极佳的制冷剂特性，ODP值为零，GWP值为4，大气分解物与HFC134a相同。在曹霞[3]等的实验论述中得

HFO-1234yf具有与HFC134a非常接近的制冷性能参数，具有优异的稳定性和兼容性，良好的材料密封性和低于HFC134a的毒性。台架和实车试验结果表明, 系统性能与R 1 3 4 a 非常接近, 是一种直接替代的经济型方案。关于该制冷剂的危险性, 试验结果表明, HFC134a仅具有低毒性, 且毒性小于R 13 4 a ; 在汽车空调系统中使用, 由制冷剂泄漏引起火灾的可能性极小。是一个优异的汽车空调制冷剂替代品。

4.2二甲醚

何亚峰, 张文慧等对二甲醚( DME) 在用作汽车空调制冷剂与现有R134a 汽车空调制冷剂在基础热力性质、汽车空调标准工况和变工况下制冷循环性能进行了对比分析, 并作理论计算。分析表明: 二甲醚的制冷性能与R134a 基本相似, 而性能系数COP 却优于R134a。因此, 更具环保优势的二甲醚是一种理想的潜在的汽车空调制冷剂。