1種直接替代二氟一氯甲烷的新型制冷劑研究

王斌輝，李行行，童燦輝

（浙江巨化新材料研究院有限公司，杭州311305）

二氟一氯甲烷（R22，HCFC-22）屬于含氫氯氟烴（HCFCs）類制冷劑，是現今冷凍冷藏系統中最常用的制冷劑。由于HCFCs 類制冷劑其消耗臭氧潛能（ODP）和全球變暖潛能（GWP）較高，已經進入了淘汰時代。中國作為發展中國家，將按哥本哈根修正案的要求，履行淘汰HCFCs 等消耗臭氧層物質的義務，將在2030 年徹底停止HCFCs類制冷劑的使用[1]。因此尋找合適的替代R22的制冷劑作為過渡性產品已十分迫切。

國內外對制冷劑R22 的替代工作做了很多研究，一些學者主張采用天然工質為替代物并取得了一些進展[2-5]。但天然工質如丙烷（R290）、異丁烷（R600a）等存在易燃易爆問題，充注量受到限制；CO2 因系統壓力過高，也限制其發展。目前代替R22 主要是氫氟烴（HFCs）類制冷劑，如二氟甲烷（R32）、R410a（R32 和1,1,1,2,2-五氟乙烷（R125）各50%的混合物）、R407c（R32、R125、1,1,1,2-四氟乙烷（R134a）的混合物）、R404a 等。R410a（R125、R134a、1,1,2-三氟乙烷（R143）的混合物）的冷凝壓力較R22高約50%，為了適應高壓以及優化換熱器必須對原有系統進行重新設計，增加了系統設計方面的費用[6]。R32 也有相同的問題。R407c不能與用R22操作系統的礦物油或烷基苯油相兼容，特別是回油不充分，需要使用多元醇酯（POE）或聚亞烷基二醇（PAG）型的新油。所以需要尋找一種安全、環保、無需改造現有設備和更換潤滑油的冷媒。現階段，符合要求的市場化的制冷劑主要有阿科瑪的R427A 和科慕的R438A。

基于以上情況，在R32、R125、R134a 基礎上，筆者研發了1 種能直接取代R22 的新型制冷劑，輔加其他2種單工質，按一定比例混配而成的非共沸物，暫命名JXL-01。該冷媒不可燃，屬于A1級別制冷劑，ODP為0，GWP為1 900左右。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

為了驗證JXL-01 和R22、R427A、R438A 傳熱性能對比，選取美的家用分體式空器調進行測試，型號為KFR-26GW/WDRD-3@。制冷量2 600 W，制冷功率815 W，R22充注量為920 g。對空調進行改裝，加上溫度和壓力傳感器，可以測定空調系統不同位置的溫度和壓力。

1.2 實驗工況

首先用R22對該空調器進行制冷和制熱工況測試，獲得所需性能數據。然后換成所要測試的新冷媒，分別做以下測試。

1）制冷劑充注實驗。對不同制冷劑進行適宜充注量測試，將空調內的R22 抽出，分別充注JXL-01、R427A、R438A，從R22充注量的80%開始充注，每20 g 收集數據，獲取結果后確定適宜充注量。

2）制冷工況。測定不同冷媒的制冷性能，外機環境溫度分別設定35 ℃，空調內機設定溫度為17 ℃。在1 h內不同時間段采集出風口溫度，蒸發器入口壓力和耗電量情況。

3）制熱工況。測定不同冷媒的制冷性能，外機環境溫度分別設定0 ℃，空調內機設定溫度為26 ℃。在2 h內不同時間段采集出風口溫度，冷凝器入口壓力和耗電量情況。

2 結果與討論

2.1 飽和壓力

圖1為幾種制冷劑的飽和壓力曲線。

圖1 不同工質飽和氣相壓力對比Fig 1 The vapor pressure of different refrigerants

由圖1可知，JXL-01和R22有相似的熱力學性質，飽和壓力曲線和R22 極為相似，和R427A、R438A也都十分接近。

3.2 充注量

制冷劑充注實驗結果如表1。

表1 不同制冷劑適宜充注量對比Tab 1 best charge amount of different refrigerants

由表1可知，JXL-01、R427A、R438A的適宜充注量都少于R22的920 g充注量標準，但JXL-01充注量最少，只相當與R22 的85%左右。JXL-01的蒸發出口溫度和吸氣溫度最低，吸氣壓力也低于R427A和R438A。

3.3 制冷性能

35 ℃制冷工況下JXL-01、R427A、R438A 和R22的相應實驗數據（出風口溫度、蒸發入口壓力和耗電量情況）對比分別見圖2～圖4。

圖2 制冷工況出風口溫度Fig 2 evaporator outlet temperature of refrigeration condition

圖3 制冷工況蒸發入口壓力Fig 3 evaporator inlet pressure of refrigeration condition

圖4 制冷工況耗電能Fig 4 power consumption of refrigeration condition

由圖2～圖4 可知，JXL-01 和R22 在出風溫度、蒸發入口壓力和耗電情況都和R22 極為接近，優于R427A、R438A。

0 ℃制熱工況下JXL-01、R427A、R438A 和R22的相應實驗數據（出風口溫度、冷凝入口壓力和耗電量情況）對比見圖5～圖7。

圖5 制熱工況出風口溫度Fig 5 condenser outlet temperature of heating condition

圖6 制熱工況冷凝入口壓力Fig 6 condenser inlet pressure of heating condition

圖7 制熱工況耗電能Fig 4 power consumption of heating condition

由圖5～圖7可知，JXL-01制熱工況下出風口溫度高于R22，和R427A、R438A有相似的制熱效果；但冷凝壓力和R22 接近，低于R427A 和R438A；在能耗上比R22 和R438A 更節能，和R427A有相同的節能效果。

3 結 論

新型環保制冷劑JXL-01 可以直接取代R22 在空調器上應用，對原系統不做任何改動，也不需要更換潤滑油。充注量只相當于R22的85%，且比R427A 和R438A 的充注量都少。在制冷和制熱上表現出優異的性能，與R22的工況也更加接近，是R22的理想替代冷媒之一。