HFO—1234yf冷媒在自動售貨機上的應用

【摘要】本文提出了未來自動售貨機中制冷系統(tǒng)可使用的環(huán)保冷媒方向，分析了將現(xiàn)有HFC-134a（GWP=1300）切換為HFO-1234yf（GWP =4）的可能性，并簡介了針對此方向所進行的大量實驗后的分析數(shù)據。

【關鍵詞】自動售貨機；節(jié)能減排；HFC-134aHFO-1234yf

近些年，冰箱冷柜、空調、自動售貨機等制冷設備所使用冷媒的GWP值被廣泛關注，隨著歐盟對環(huán)境政策的推進，各加盟國根據歐盟指令對汽車空調溫室氣體排放進行了規(guī)劃限制。在DuPont公司和Honeywell公司大量的研發(fā)工作下，GWP僅有4的新冷媒HFO-1234yf被開發(fā)出來，以汽車空調為中心，各種各樣使用HFO -1234yf冷媒的制冷空調被研發(fā)出來。

自從通用汽車公司2013年發(fā)布部分車型開始使用HFO-1234yf冷媒以來，HFO-1234yf開始逐漸用于替代HFC-134a（GWP=1300）。目前的自動售貨機主要使用冷媒為HFC-134a，為滿足環(huán)保要求，部分自動售貨機也使用自然冷媒CO2（GWP=1），但對于飲料自動售貨機，HFO-1234yf以其低GWP且與HFC-134a性能相似切換簡單的特點更加適用。

一般的飲料自動售貨機保管飲料的倉室分為加熱室和制冷室，根據季節(jié)來變更冷熱室的分配比例，從而滿足客戶因季節(jié)的不同而對冷熱飲的需求變化，因此一般機器都是制冷和加熱同時進行，所以在自動售貨機中使用熱泵系統(tǒng)可以大幅減少耗電量。相對于冷柜，自動售貨機不僅要制冷，同時還有熱泵，這就要求自動售貨機冷熱系統(tǒng)必須有很高的效率，常溫條件下在制冷運行時冷凝溫度處于40℃左右，而處于熱泵運行時為了讓飲料可以達到約55℃，換熱器必須加熱到70℃以上，這么高的冷凝溫度是在其他使用場合所沒有的。

如圖1所示，根據REFPROP計算模擬的壓焓圖所示，在冷凝溫度70℃前后（縱軸約2MPa）的高溫范圍，隨著壓力上升，HFO-1234yf比HFC-134a潛熱的減少更加顯著，加熱能力也更為底下，制冷系統(tǒng)效率更低。因此在這種制冷和熱泵兩種運行模式使得冷凝溫度有很大差異的運行條件下，如何保證HFO-1234yf與HFC-134a有同等的效率就是我們迫切需要解決的課題。為了解決這個課題，需要在制冷模式和熱泵模式各種不同條件下分別測定冷熱系統(tǒng)的運行效率，在經過大量的實驗后從中選擇最適合的一種匹配方式。

圖1 HFO-1234yf和HFC-134a的P-H圖

圖2是自動售貨機用熱泵系統(tǒng)示意圖，其中實線表示冷媒流路，根據制冷和熱泵的不同需求，通過電磁閥的開閉調整冷媒通路。根據圖1所示，因為隨著冷凝溫度的升高，HFO-1234yf比HFC-134a潛熱減少的更加顯著，為了保證熱泵運轉時加熱室的溫度，流經換熱器的風量必須進行調整，這種調整可通過風扇的ON-OFF編組得以實現(xiàn)。

圖2 制冷系統(tǒng)回路圖

制冷系統(tǒng)進行能力測試時，根據表1測試條件，將制冷系統(tǒng)裝入空箱體，將測定裝置一同裝入空箱體，讓制冷系統(tǒng)一直處于運轉狀態(tài)，調節(jié)測定裝置的加熱絲啟?；蛩疁囟扰c流量，使得箱內的溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據測定裝置加熱量或內部流體的溫度與流量可計算出制冷或熱泵系統(tǒng)的制冷加熱能力，從而確定制冷運行時的COP和熱泵運行時的COPc、COPh，通過調整毛細管長度和冷媒充注量，尋找在滿足制冷和加熱能力的同時COP、COPc、COPh的最適點。

表1 制冷系統(tǒng)測試條件

制冷系統(tǒng)調整后的制冷能力和COP對比如表2所示，制冷運轉時HFO-1234yf比HFC-134a的效率略微低些，熱泵運轉時HFO-1234yf比HFC-134a的效率略高，熱泵運轉時的效率提升值比制冷運轉時的效率下降值大，通過以上的實驗結果可確認HFO-1234yf系統(tǒng)和HFC-134a系統(tǒng)可達到極相似的性能。

表2 制冷系統(tǒng)能力對比

在同等的壓力下，HFO-1234yf比HFC-134a的冷凝溫度更高，這種特性隨著溫度的升高逐漸變大，根據這種特性，在冷凝壓力更高的熱泵運轉模式下HFO-1234yf會帶來更高的效率，也就是COPh會有很大提升。

將HFO-1234yf制冷系統(tǒng)裝入飲料自動售貨機中進行耗電量測試，測試結果表明，在制冷模式運行下，HFO-1234yf比HFC -134a系統(tǒng)的耗電量增加5%，在熱泵模式運行下HFO-1234yf比HFC-134a系統(tǒng)耗電量降低6%，根據這個測定結果，按照一年185日熱泵模式運轉180日制冷模式運轉推算HFO-1234yf系統(tǒng)和HFC-134a系統(tǒng)耗電量幾乎相同。

HFO-1234yf的GWP值僅有4，相對于HFC-134a（GWP1300）降低了99.7%，在大幅降低GWP的同時，HFO-1234yf使用于飲料自動售貨機時可保證與HFC-134a相同的耗電量，所有用于HFC-134a的節(jié)能技術也可直接應用于HFO-1234yf，因此在今后的環(huán)境政策對應時，在自動售貨機中用HFO-1234yf冷媒取代HFC-134a冷媒是一個簡單有效的措施。

參考文獻

[1]Barbara MINOR，et al.，"HFO-1234yf Performance in a Beverage Cooler"，International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue，2010-7-12/15，Purdue University.p.2422-2428

作者簡介

王爍，從事自動售貨機冷熱系統(tǒng)開發(fā)工作，現(xiàn)在富士冰山自動售貨機有限公司擔任冷熱系統(tǒng)性能主管工程師。