車輛研究測試中心 綠能車輛發展處 技術發展專案 鄭彥廷

近年來由於全球的環保意識抬頭，在汽車、家用或商用冷媒的使用上國際間也訂定出相關禁令，需朝向低ODP (Ozone Depletion Potential，臭氧層破壞指數)及低GWP(Global Warming Potential，溫室效應指數)的特性發展，表1為各種常見冷媒之ODP值與GWP值，若此兩種指數數字越大，代表其對於環境的衝擊就越大。依據『蒙特婁議定書』中規定，早期車輛所使用R-12冷媒(氟氯碳化合物)，於2006年禁止使用；另外，歐盟從2001年1月起的新產品禁止使用HCFCs冷媒，如：R-22冷媒，且立法於2014年開始，所有歐盟的新車禁止使用HFC冷媒，如目前汽車上所使用的R-134a冷媒。因此目前有許多環保冷媒被評估要來取代R-134a冷媒，以R-744(即CO2冷媒)、R-1234yf及R-152a為現階段符合的環保冷媒，其中R-152a冷媒因具有可燃性較無人使用，表2為此三種環保冷媒之優缺點比較。

R-1234yf的冷媒性質較接近現行之R-134a，所以現行空調系統可直接使用不需修改。CO2冷媒其物理特性與R-134a相差相當大，其臨界壓力及臨界溫度分別為7.38MPa及31.3℃(見表3)，所以不像傳統的壓縮式冷凍系統藉由冷媒相變化將熱傳至外界，因為當外界溫度高於其臨界溫度時(見圖1)，將造成其冷凝過程皆在臨界點以上，而無法明顯分辨液體或氣體。由表3比較二氧化碳空調系統與R-134a空調系統性能，可看出目前CO2空調系統的性能係數COP較低，所以如何提高系統性能係數，亦是CO2空調系統未來發展的關鍵技術。

圖1 二氧化碳冷凍循環溫熵圖(T-S)

R-1234yf為由美國DuPont(杜邦)和Honeywell化學公司共同開發的環保冷媒，其不但不會破壞臭氧層(ODP = 0)，且能大幅減低溫室效應(GWP = 4)，故已通過中國、日本、韓國與德國通過採用。美國通用汽車(GM)去年已經宣佈將於2013年推出之別克(Buick)、凱迪拉克(Cadillac)與雪弗蘭(Chevrolet)等車款，採用R-1234yf冷媒。由於R-1234yf的臨界壓力及臨界溫度分別為3.38MPa及95℃，故性質與R-134a相近(見表3)，可與目前現行的R-134a空調系統相容，不用重新開發新的系統或元件，僅需更換密封圈，將可大幅度減少使用CO2冷媒所需要提高的元件成本。

R-134a冷媒因環保議題為全球所關注下將逐漸被R-1234yf冷媒所取代，由於可採用原R-134a的空調系統，故世界各國車廠大多選擇R-1234yf作為取代R-134a之用。而車輛中心目前所發展空調控制器是以R-134a的空調系統為基礎並已有相當的研究成果，由於R-1234yf與R-134a的特性相近，對於後續應用於R-1234yf空調系統亦能維持整體空調系統效率及耗能表現。整體空調系統其他元件如：蒸發器、冷凝器、膨脹閥等雖然可由傳統R-134a冷媒沿用，但若要進一步提昇整體R-1234yf空調系統效率，仍必須與空調熱交換器廠商及系統廠商配合設計開發，共同針對R-1234yf的冷媒特性進行相關零組件的改良，才能使整體空調系統效能提升。