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汽车空调制冷系统中应用R407C的分析 1



第 3卷 第 3期  2 0 0 3年 6月     

制 冷 与 空 调 
R EFR I GERA T 1 N  N D  I — C0 N DI 1 N I G  0 A A R T 0 N

Vo . No.   1 3, 3

J n 0 3 u e2 0  

汽 车 空 调

制 冷 系 统 中 应 用 R4 7 的 分 析  0C
黄 新 兆  曹 小林  吴 业 正 
( 安 交 通 大 学 能 源 与 动力 工 程 学 院 ) 西  
摘  要  本 文 对 混 合 工 质 R4 7 与 R1 0C 2的 物 理 和 热 力 性 质 进 行 了 比 较 分 析 , 针 对 汽 车 空 调 制 冷 系 统 的  并 特 点 , 两 种 工 质 在 变 工 况 下 进 行 了制 冷 系 统 的 理 论 循 环 分 析 , 明 了 在 汽 车 空 调 制 冷 系 统 中 使 用 R 0 C 对 阐 47  
的可行 性 。  

关 键 词  汽 车 空 调   R 0 C 47

制 冷 循 环 

A N A LYSI   F  SO TH E  PPLI A CA TI N  F  4 C  N  O o R 07 I BUS A I   o ND I o NE RS   R C TI  

H UAN G  n h o CAO  a ln  W U  z e g  Xi z a   Xio i Ye h n

ABSTRACT  The p s c la   he mod a i  r pe te   r   onta t d be we n  he mi u e   hy ia  nd t r yn m c p o r is a e c r s e   t e t   xt r   R4 C  nd R1   n t s p pe Ac o di g o t e c a a t rs is o   h   s a r— c dii e   ys  07 a   2 i   hi  a r. c r n t   h   h r c e itc   f t e bu   i on ton r s . t m , h   e f r a e     he t or tc c ce wih t   wo e rg r nt  s r fi r nt   nd r di. e t e p ro m nc s oft   he e i  y l   t   he t r f i e a s a   e rge a s u e   f  f r ntwo k ng c nd to   r   nayz d a  ta s   s rbe   he f a i l y ofr f i r nt R4 e e   r i   o ii ns a e a l e   nd i  lo de c i s t  e sbii     e rge a   07C  t

u i g i   h   u   i  o d t n r s se . s n  n t e b s a r c n ii e   y t m   o
KEY  ORDS Bu   i —c ndii e   R4 C  Re rge a i   y l   W   s a r— o ton r 07 f i r ton c ce



前 言 

用 条 件 均 不 同 。压 缩 机 的 转 速 不 是 恒 定 的转 速 , 冷 

汽 车 空 调 在 提 供 舒 适 性 小 环 境 的 同 时 也 破 坏 

却 空 气 的 状 态 和 流 量 会 随 环 境 和 车 速 的 变 化 而 变 
化 。 制 冷循 环 的 经 济 指 标 与 制 冷 工 质 的 热 力 性 质 

了人 类 生 存 的 大 环 境 , 是 由 于 汽 车 空 调 系 统 是  这
R1 2最 大 的用 户 和 最 大 泄 漏 源 J汽 车 空 调 使 用 的  ,

有 关 , 与 制 冷 的 工 况 条 件 有 关 , 相 同 的 工 况 下  也 在 对 不 同 的 制 冷 剂 的 理 论 循 环 进 行 对 比计 算 和分 析 ,  
是 选 择 制冷 剂 的 最 好 的 理 论 工 具 。 本 文 将 从 不 同 

制 冷 剂 R1 2对 大 气 中 的 臭 氧 层 有 破 坏 作 用 , 吸  并
收 太 阳 能 , 致 大 气 温 度 升 高 , 剧 温 室 效 应 。 学  导 加

术 界 对 制 冷 剂 的替 代 进 行 了 大 量 的 研 究 , 且 在 汽  并
车 空 调 系 统 中成 功 的 采 用 R1 4 3 a替代 了 R1 , 外 , 2另  

的工 况 条 件 来 分 析 和 比较 R1 2与 R4 7 0 C的循 环 基  本性 能 , 以探 讨 汽 车 空 调 系 统 使 用 R 0 C后 , 冷  47 制
系 统 的性 能 变 化 趋 势 。   2 R4 7 与 R 2的 物 理 性 质 对 比分 析    OC 1 R 0 C是 由 HF 3   F 1 5 F 3 a 组 分  47 C2 C 2   C1 4 (

国外 也有 用 R 0 C作 为汽 车空 调 系 统 的 制冷 剂 的 。 47   单 从 热 力 性 能 来 分 析 , 2对 汽 车 空 调 系 统 而  R1
言 是 一 种 比较 好 的 制 冷 剂 , 其 对 臭 氧层 有 严 重 破  但

坏 作 用 而 被 禁 止 使 用 , 3 a和 R4 7 作 为 主 要  R1 4 0C
的 不 损 害 臭 氧层 的 制 冷 剂 正 在 被 推 广 到 各 种 制 冷 

为 2 % 、 5 % 、2 % ) 成 的 非 共 沸 混 合 工 质 ,   3 2 5 组 其
物 理 性 质 和 R1 2的 比较 见 表 1  。
3 理 论 循 环 性 能 分 析 

装 置 中 使 用 , 3 a由 于 其 热 力 性 能 与 R1 R1 4 2接 近 ,   被作 为 原 使 用 R1 2汽 车 空 调 的 替 代 工 质 而 大 量 的  使 用 , 据 国 际 制 冷 学会 关 于 新 替 代 制 冷 剂 使 用 的  根

3 1 制 冷 工 况 的确 定  . 根 据 汽 车 空 调 变 工 况 的特 点 , 蒸 发 温 度 的 变  其

调 研 结 果 , 元 混 合 工 质 R4 7 在 商 业 制 冷 、 三 0C 热 
泵 、 品冷 藏 、 食 空调 、 车 空 调 等 应 用 领 域 中均 有 使  汽 用 。汽 车 空 调 系 统 与 一 般 的 空 调 系 统 的 结 构 和 使 

化 范 围 一 般 在 一3℃ ~3℃ 内 , 凝 温 度 的 范 围 一  冷 般在 5 0℃ ~6 0℃ 之 间 。 为 了便 于计 算 , 蒸 发 温  取
度  = 一3 一1 1 3℃ , 凝 温 度  , ,, 冷 :5 、 2 5   05.、









调 

第 3卷  

5 5 . 、 0℃ , 过 热 度 1 5、7 5 6 取 0℃ , 冷 度 为 5℃ , 过 进 

P  

行 制 冷 循 环 的性 能计 算 。  
表 1 R1   2和 R4 7 的 物 理 性 质 对 比  0C
、\   冷 剂 

项 目 、 \ 成分 

 

R1  2 C Cl  F 2 10 0 
109  2 .2

R4 7   0C HF 3 /{℃1 5 HF 3 a C 2 }F 2 / C1 4  2 / 5 5  32 /2
8 2 6. 

质 量百 分 比( ) %  
分 子量 

标 准 沸点 ( ) ℃  
凝 固点 ( ) ℃  
临界 温度 ( ) ℃   临 界压力 ( MPa  ) 临 界 密 度 ( g m   k/ )

一2 .  98
一1 5 O 5 . 
120  1 .4 41  .2 577 5 . 

—4 6 3. 
一1 5 1 
8 6  5. 2 463 . 1  5 67 0 . 

图 1 R4 7的 理 论 循 环 的压 焓 图    0

2 ℃ 时 潜 热 ( Jk ) 5 k / g  相变 温度 滑移 (   K) 臭 氧 破 坏 系 数 ODP  

185  3 .5 O   1  

1 8.  8 3 43 .  O  
T 

由 于 R4 7 0 C是 一 种 非 共 沸 制 冷 剂 , 变 时 存  相
在温度滑移 现象 , 就 是说 在冷 凝 和蒸 发过 程 中 , 也   压 力 不 变但 温 度 是 变 化 的 , 冷凝 开 始 时 的 温 度 为 露  点 温 度 , 凝 至 饱 和 点 时 为 泡 点 温 度 。 在 蒸 发 过 程  冷 中, C2 HF 1 5和 HF 3 比 HF 1 4 C2 C 3 a容 易 蒸 发 , 后 

蒸 发 的 富 HF 1 4 C 3 a沸 点 渐 渐 升 高 。有 了温 度 滑 移  现 象 , 不 能像 纯 工 质 一 样 用 饱 和 温 度 来 确 定 工 况  就 点 , 虑 到 非 共 沸 制 冷 剂 的 固 有 特 点 , 文 选 择 露  考 本 点 温 度 和 泡 点 温 度 的 算 术 平 均 值 作 为 确 定 工 况 点  的 等 效 平 均 温 度 。其 理 论 循 环 在 压 焓 图 和 温 熵 图 
上 的 表 明分 别 如 图 1和 图 2所 示 。   对 于 纯 质 R1 , 和 温 度 和 饱 和 压 力 是 一 一 对   2饱 应 的 。P  和 P 可 根 据 蒸 发 温 度  。 和 冷 凝 温 度 t 
图 2 R 0 C 的 理 论 循 环 的 温 熵 图    47
S 

制 冷 剂 和 混 合 制 冷 剂 热 力 学 性 质 计 算 程 序 计 算 出 


系 列 泡 点 温度 下 的 压 力 和 相 同 压 力 下 的露 点 温 

度 。并 用 线 性 插 值 方 法 计 算 出 蒸 发 温度 分 别 为 一3  
℃、 一1℃ 、 1℃ 和 3℃ 时 的蒸 发 压 力 值 和 冷 凝 温  度分别 为 5 0℃ 、 2 5℃ 、 5℃ 、 7 5℃ 和 6 5 . 5 5 . 0℃ 时  的冷 凝 压 力 值 , 表 2   见 。
和 冷 凝 压 力 P 的 确 定  c

确 定 。对 于 非 共 沸 混 合 工 质 R4 7 每 一 个 压 力  0 C,
对 应 于一 个 泡 点 温 度 和一 个 露 点 温 度 。 用 NI T S  
表 2 R 0 C在 给 定 蒸 发 温 度    47

和 冷 凝 温 度 丁 下 的 蒸 发 压 力  c

( t 泡 点 温 度 , DW 点 温 度 ) TB m T E露  
TB B ℃  U/


TUw/ E ℃ 
一 O.   5 O.   5 1.   5 2.   5 3.   4
4.   4

P/ P   ka
4 2. 81 5 2  

T/℃ 


P /P   k a
4 4.   6 0

TB B ℃  U/
4   7 4   8 5   0

TD w/ E ℃ 
5 6 1.   5 6 2.   5 5 4.   5 4 5.   5 3 6.  
5 3 7.  

P/ P   ka
2 7 O   0 3. 8 2 21. O 1 8   2 21. 2 2 7  

T,℃  /
5 .  0 O

P/P   ck a
21 7.   0 1

7   6  


3  



4 7. 81 6 9   4 4. 9   8 0 3


5   4   3  
2  

1  

4 6.   9 5

52.   5

22 5.   3 2



5 0. 2   0 6 3 51 5 9 7. 7  
l   5 .  31 5 5 4. 6   3 9 8

5  1 5   2
5   3

2 7 9   2 2. 4 2 25.   3 01
55.   O 2 7 .4 3 7 9   23 0.   7 0







1  
O  

5.   4
6.   3

5 2. 9   5 7 7
3   5 71. 7   0 2 5 7.  6 4

5  5
5  6

5 2 9.  
6 1 0.  

2 8 4   4 6. 0
5 5 7.   2 41. 5 5 9   24 4.   9 7

5   7 5   8

6 O 1.   6 O 2.  

2 9 3   5 8. 8 2 55.   6 7

6 .  0 O

26 5.   5 7

3. 计 算 结 果  2

NI T制 冷 剂 和 混 合 制 冷 剂 热 力 性 质 计 算 程 序 计  S 算 出 两 种 制 冷 剂 在 不 同 工 况 下 的 制 冷 循 环 的 各 项 

确 定 了制 冷 循 环 的 各 状 态 点 的 温度 后 , 以 用  可

第 3期 

黄 新 兆 等 : 车 空 调 制 冷 系 统 中 应 用 R 0 C的 分 析  汽 47

性 能 指 标 , 括 单 位 制 冷 量 、 位 理 论 功 、 位 容 积  包 单 单

论 循 环 的 制 冷 系数 相 近 。   ( )由于 单 位 容 积 制 冷 量 R 0 C 比 R1 2 47 2大 7   0

制 冷 量 和 制 冷 系 数 等 。 为 了 便 于 比较 , R1 以 2作 
为 标 准 , R 0 C 制 冷 循 环 的 各 项 性 能 指 标 与 其  将 47 进 行 对 比 , 结 果 如 表 3所 示 。 其  
表 3 理 论 循 环 制 冷 性 能 指 标 对 比 
R40 C / 1   7 R 2

% , 相 同制 冷 量 的 条 件 下 , R 0 C 的 压 缩 机 的  在 用 47
排量 可 以 比用 R1 2的 排 量 小 4 % 。压 缩 机 的 体  2 积 可 以减 小 , 量 可 以 减 轻 , 这 正 是 汽 车 所 追 求  重 而 的 性 能 指 标 , 缩 机 体 积 小 可 以减 少 汽 车 空 调 的安  压

温 度 ℃ 

压 力 
比 

单 位 
制 冷 

单 位 
理论 

单 位 
容 积 

理 论 
制 冷 

装 空 间 , 量 轻 可 以增 加 汽 车 的机 动 性 和 降 低 油 耗  重
指标 。  

量 
/2 '  1 /2 '  1

功 

制 冷 
量 

系 数 

( )虽 然 R4 7 的 排 气 压 力 比 R1 高 , 3 0C 2 和  R2 2相 近 , 目前 在 客 车 上 使 用 的 管 片 式 换 热 器 均  但
能 适 用 其 工 作 压 力 范 围 , 有 压 缩 机 的 强 度 也 不 成  现

( ) %  
5   0 52.   5


( ) %  
1 9.   3 7 1 9.   3 3 1 8.   3 8 1 8.   3 3 1 7.   3 8 1 9.   3 5 1 9.   3 2 1 8.   3 7 1 8.   3 2 1 37.   7 1 9.   3 4 1 9 3   1 8.   3 6 1 8 3   1 7.   3 6 1 9.   3 3 1 9 3   1 9 3   1 8 3   1 7.   3 5

( ) %  
1 2.   4 9 1 2.   4 5 1 2.   4 6 1 2.   4 2 1 2.   4 6 1 0 4  1 2.   4 3 1 2.   4 4 1 1.   4 6 1 2.   4 5 1 2.   4 2 1 2.   4 9 1 2.   4 1 1 2 4  1 2.   4 5 1 7.   4 4 1 2.   4 6 1 2.   4 3 1 1.   4 7 1 2.   4 7

( ) %  
1   70 1 69.   6 1 69.   1 1 68.   5 1 67.   9 1 2.   7 2 1 9.   6 7 1 69.   1 1 68.   5 1 67.   9 1 7O.   6 1 0.   7 2 1 9.   6 6 1 9 6   1 8.   6 4 1 0.   7 8 1 0.   7 3 1 9.   6 7 1 9.   6 1 1 8.   6 5

( ) %  
97.   9 97.   8 97.   3 97.   2 96.   6 99.   2 97.   9 97.   2 9 6 7.   9 8 6.   98.   1 97.   5 97.   6 10 0   96.   3 94.   4 97.   6 97.   2 97.   6 96.   2

1 3.   0 2 1 3.   0 3 1 3.   0 5 1 2.   0 9 1 4.   0 1 1 3.   0 1 1 3.   0 2 1 3.   0 4 1 02.   8 1 03.   6 1 02.   9 1 3.   0 0 1 3.   0 2 1 2.   0 5 1 3.   0 3 1 2.   0 8 1 2.   0 9 1 3.   0 1 1 2.   0 5 1 3.   0 3

问 题 ( 场 上 大 客 车 空 调 主 要 使 用 的 B K、 AR— 市 OC C   RI R压 缩 机 能 使 用 R 2 , 冷 剂 软 管 的 爆 破 压 力  2 )制 均高 于 1 5 0 KP , 此 , 有 的 汽 车 空 调 制 冷 系  2 0  a 因 现
统 的 耐 压 性 能 够 适 应 R 0 C的 要 求 。 47   ( )根 据 文 献 [ 报 道 , 4 7 与 材 料 的相 容  4 2] R 0C 性 与 R1 4 基 本 相 同 , 3 a在 汽 车 空 调 系统 中 已  3a R1 4

3  

55   57.   5 6   0 5   0 52.   5



1  

5  5 57.   5 6   0 5 0  5 5 2.  

经普 遍 使 用 , 4 7 R 0 C在 工 商 制 冷 系 统 中 已广 泛 使  用, 目前 的 材 料 技 术 已 能 满 足 R 0 C 的要 求 。 47   ( )根 据 文 献 [ 资 料 表 明 , UNI E T一6   5 3] S C  8
冷 冻 机 油 可 以 用 于 R 0 C。 47  

1  

5   5 5 5 7.   6   0 5   0 5 5 2.  

( )由 于 R4 7 为 非 共 沸 制 冷 剂 , 统 发 生  6 0C 系 泄漏时 , 质 的配比成份会发变化 , 据文 献[ ] 工 根 4 的 

3  

5  5 5 5 7.   6   0

介 绍 , 4次 补 充 充 注 制 冷 剂 会 使 系 统 的制 冷 量 下  第 降 7%, 议更换 。 建  
5 结 论   

从 以 上 的 计 算 中 可 以 得 出 , 相 同 的 工 况 下  在

通 过 调 整 汽 车 空 调 制 冷 系 统 的 生 产 工 艺 , 加  增

R 0 C的 吸 、 气 压 力 比 R1 47 排 2高 约 7 % , 4 7   0 R 0C 的压 力 比 比 R1 2约 高 3% ; 位 制 冷 量 约 高3 % , 单 8   单 位容 积 制 冷 量 高 7 % , 位 理 论 功 高 4 % ; 0 单 2 理 
论 制 冷 系 数 约 低 3 %。  
4 使 用 I O C 的可 能 性 和 存 在 的 问 题      7

气 密 性 试 压 压 力 , 用 聚 酯 类 冷 冻 油 , 用 氢 化 丁  使 选 腈 橡 胶 作 为 密 封 件 和 软 管 内肘 材 料 , 大 压 缩 机 离  加 合 器 的扭 矩 , 以将 R4 7 可 0 C用 于 汽 车 空 调 制 冷 系  统 , R1 与 2相 比可 以 降 低 压 缩 机 的 排 量 , 而 减 轻  从 重 量 和 降 低 成 本 。考 虑 到 重 量 因 素 和 理 论 循 环 的 
制 冷 系 数 , 车 空 调 的 运 行 经 济 指 标 R4 7 和  汽 0C
R1 2基 本 相 同 。  

( )R 0 C用 于 汽 车 空 调 工 况 与 R1 1 47 2相 比理 

参 考 文 献 
吕 彦 力 . 车 空 调 制 冷 系 统 工 质 替 代 研 究 . 冷 学 报 ,9 9。 . 汽 制 1 9 3 
Com pa i l y o   e rg a s wih  a tc, lsom e   e as. l tbii   f r f ier nt  t pls i ea t t r m t l AlChe   m p y T e noogy Dat  m Co an   ch l   a

S UNIE T一6 C  8空 调 用 冷 冻 机 油 . 日本 太 阳 石 油 株 式 会 社 冷 冻 油 技 术 资 料 .   龙 静 . 合 工 质 R 0 C 在 地 铁 空 调 上 的 使 用 前 景 . 冷 ,0 1 4  混 47 制 20 ,.



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