中国科学院理化技术研究所：2023年电动汽车供热技术发展研究报告节选（22页）.pdf

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1、 中国科学院理化技术研究所 2023 年 2 月 电动汽车供热技术发展研究报告 （节选）2 2.4.4 环保工质热泵环保工质热泵 R1234yf 热泵系统热泵系统 R1234yf作为一种汽车空调环保制冷剂，由于其与R134a性能接近，因此，R1234yf被看作较有前景的汽车热泵系统新一代替代制冷剂之一。相比于 R134a，R1234yf 存在着潜在的优势。当热泵在较低的环境温度中（温度低于-20)工作时，吸气蒸发压力可能低于大气压出现真空负压，导致空气和水分泄漏至非密封部件中，造成系统损坏，因此压缩机不能在最高转速运行，必须降低压缩机转速，确保吸气压力大于外部大气压，但压缩机转速的降低也导致低

2、温下制热性能急剧下降。图 0-1所示为 R1234yf与 R134a的低压饱和曲线对比。由图 0-1可知，R1234yf的低压饱和压力比 R134a高约 15%，与大气压力对比可知，R134a 在饱和温度约为-25时饱和压力就低至大气压，而R1234yf 在饱和温度为-29时才到达大气压，因此 R1234yf 可以适用更低的蒸发压力，即在相同低温环境中，R1234yf可以比R134a匹配更高的压缩机转速，提供更高的制热量。图图 0-1 R1234yf 与与 R134a 低压饱和曲线对比低压饱和曲线对比52 压缩机排气温度是影响系统工作稳定性的重要参数之一，压缩机排气温度过高，将导致压缩机容积效

3、率下降，功耗增加，且排气过热也会使润滑油、制冷剂及各部件间产生不良反应、磨损，严重影响系统稳定性及安全性，且降低压缩机的使用寿命。YLee 等49对 R1234yf 与 R134a 系统进行实验，结果表明R1234yf 的排气温度比 R134a 低 6.46.7。因此，R1234yf 可为系统提供更低的排气温度使压缩机运转更稳定。目前有许多国内外学者对 R1234yf 用于汽车空调系统进行了研究。在研究 3 时，有许多学者将 R1234yf 进行了直接替代性实验，并在寒冷气候条件下分析了性能。Li 等233研究了在寒冷气候下电动汽车 R1234yf 热泵系统的制热性能。主要研究了充注量、压缩机

4、转速、室外风速、室外温度、室内流速、室内温度、冷凝器宽度和有无蒸汽喷射等对系统的加热性能影响。结果表明将内部冷凝器的宽度增加 10%或者使用蒸汽喷射技术，可以使 R1234yf 的制热量和 COP 高于R134a。Wang 等53将现有的 R134a 汽车空调系统不做改动直接将制冷剂替换为R1234yf，依据操作条件的不同，系统的性能会下降 027%，通过引入内部热交换器、喷射器、扩张器或调整热膨胀阀，可以将 R1234yf 系统的性能提升至原 R134a 系统的相同水平。研究还发现 R1234yf 在蒸发器中换热性能与 R134a相当，但在冷凝器中的换热性能不如R134a，所以针对R1234

5、yf系统冷凝器需进一步优化设计，同时由于 R1234yf 的摩擦降较大，R1234yf 的体积效率略低于R134a。R134a 系统中使用的润滑油可用于 R1234yf 系统中，两种制冷剂的油循环比没有显著差异。Lee等49在热泵实验台上测试了 R1234fy和R134a的性能，结果表明在相同条件下 R1234yf系统的 COP和制热量比 R134a系统分别低 2.7%和 4%，而在冬季工况下 R1234yf 系统的压缩机排气温度更低，同时由于R1234yf密度较低使得其充注量较 R134a低 11%左右。由于在汽车空调的常用工作温度范围（-2540）内，相同工作压力下R1234yf 的相变潜

6、热低于 R134a，导致 R1234yf 在直接替代 R134a 时，介质冷凝放热过程焓差降低，虽然 R1234yf 的气相密度高，增加了制冷剂流量，但仍不能完全弥补焓差的差距，所以系统制热性能略低，因此 R1234yf 的工作能力与R134a略有差距。为了缩小，R1234yf热泵系统与R134a热泵系统之间的工作能效差距，近年来，国内外诸多学者都对针对 R1234yf的热泵系统进行了研究。Sad234在 R1234yf 和 R134a 的理论循环的相同工况下进行理论性能对比，分析结果表明，R1234yf系统比R134a系统相比，循环压比和排气温度较低，但理论 COP 也低于 R134a 系统