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
根据汽车空调系统的工作温度范围,过去采用的制冷剂是R12,(即xxxxx,代号CFC12)。CFC12无色、无味、xx,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
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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,xx,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。
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{zd0}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制冷系统的不同
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xx不相溶,不能采用传统的矿物油作为冷冻机油,必须使用含极性基的合成油,可采用与之相溶性较好的脂类或聚二醇(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。