G8-11 R290（可燃工质）系统的集成模块选型：充注量账本与 RIU 路径

课程代码 G8-11 · 板块 G 总成级产品专题 / G8 集成热管理模块 TMM 时长 约 3.5 小时（5 讲 + 1 次选型账本实操） 适合对象 系统 / 结构工程师、产品定义负责人；负责 R290 可燃工质系统集成方案选型（专家选修） 前置 G8-09 以压缩机为载体的冷媒侧总成（RIU）：集成边界与热-振-EMC；N3-02 天然工质（R290/R744）系统与安全 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义，是 G8-11 大纲的完整展开版

引言：同一张选型表，换一种工质就全部重排

G8-07、G8-08、G8-09 三门课分别讲了 RIM、ITMM、RIU 三种冷媒侧集成形态，讨论的场景默认是 R134a、R1234yf 这类 A1/A2L 工质。在那个语境下，四种集成形态（CIM/RIM/ITMM/RIU）之间的取舍主要是性能、成本、可维护性的权衡——谁泄漏了，无非是制冷效果下降、要返修、要面对环保法规里的 GWP 约束，没有一种形态会因为"泄漏"这件事直接把安全等级从性能问题拉到人身安全问题。这里要补一句限定：A2L 不等于 A1——R1234yf 这类 A2L 微可燃工质的燃烧速度与所需点火能量都远不及 A3 严峻，但它已经触发了碰撞后制冷剂关断、泄漏检测与整车级布置约束这类附加要求（展开见 H7-07，合规口径见 M4-03）。本课后文把 A1/A2L 并作一档处理，指的是「在集成形态排序这把尺子上不区分」，不是「安全要求上等同」，两者不要串。

R290（丙烷）把这张选型表连根拔起重排了一遍。 R290 是 A3 高可燃工质，物性和环保表现都很有吸引力，但它有一条其他三类工质都不需要认真对待的红线：泄漏到一定浓度、遇到一定点火源，会燃爆。这条红线一旦进场，原来"性能优先"的选型逻辑就要让位给一条新的第一性原则——最小充注量。这门课要讲清楚三件事：为什么最小充注量原则会让四种集成形态的优劣排序整个换个方向；为什么在坚持直接膨胀（冷媒直接进座舱蒸发器或电池直冷板）的前提下，工程实践在 R290 场景下收敛到 RIU；以及 RIU 自己看似"最安全"的选择里，藏着一个容易被忽视的新麻烦——它的载体本身就自带一个潜在点火源。

先说清一件事：本课排的是「集成形态」，不是「回路架构」。 这两个决策轴常被混为一谈，混了以后本课的结论就会被搬到不适用的场景里。回路架构问的是「冷媒到底进不进乘员舱」——直接膨胀式让冷媒直接进座舱蒸发器/电池直冷板；二次回路式则把 R290 封在机舱内一个紧凑冷媒单元里，只让冷却液进舱（B3-03 专讲这两条路线的对比，H7-05 与 G1-06 都把「把可燃充注挡在乘员舱外」列为 R290 的第一原则）。集成形态问的是另一件事：在既定架构下，冷媒侧部件怎么打包——CIM/RIM/ITMM/RIU 这四种。

顺序是回路架构在先、集成形态在后。 本课后面所有排序结论（包括那句「收敛到 RIU」）都成立于「已经决定走直接膨胀」这个前提之下。如果整车定义不允许冷媒进入乘员舱空间，第一步不是在四形态里挑，而是先按二次回路定架构，再在那个紧凑冷媒单元内部做四形态排序——注意二次回路并不取消本课的账本，冷媒单元本身仍要以四形态之一实现（压缩机载体加两只板换，形态上接近 RIU/ITMM 复合），只是账本的边界缩到了机舱内那一小块。

第 1 讲　最小充注量：A3 工质选型的第一性原则

这一讲要建立一把新尺子。前三门课评判集成形态的尺子是性能、成本、可维护性；这门课要在这些尺子之外，加一把专属于可燃工质的尺子——充注量。

1.1 A3 高可燃分级与充注限值：泄漏窗口跟着充注量走

制冷剂安全分类里，A1 是不可燃，A2L 是微弱可燃（燃烧速度慢、需要较高点火能量），A3 是高可燃——丙烷、异丁烷这类工质都在这一档。分级不是抽象标签，它直接决定了系统设计允许的充注限值：分级越高可燃性越强，允许的系统总充注量上限就越低。

这背后的物理逻辑很直白：充注量越大，一旦发生泄漏，密闭或半密闭空间里能积累到可燃浓度的风险窗口就越大——不管是泄漏发生的概率窗口（充注量大，哪怕小比例泄漏也可能达到危险绝对量），还是浓度达到下限可燃浓度（LFL）所需的时间窗口，都随充注量单调恶化。这就是为什么 A3 工质的整车系统设计，第一件事不是选形态、选阀，而是先给自己定一个充注量的天花板。前三门课里"充注量"从来不是一个要专门管理的设计变量，在这门课里它变成了压倒性的第一变量。

把这层逻辑写成关系式，就是本课后面反复要用的那一条：C_leak ≈ m_leak /(ρ·V_eff)。三个符号在全篇统一取这个口径，后面各讲不再另立写法：m_leak 是泄漏进该空间的制冷剂质量（R290 安全评审代入的是它的上界而不是设计值，理由见 2.5）；ρ 是丙烷的气相密度，常温常压量级约 1.8 kg/m³（25 ℃、101.3 kPa 下由理想气体状态方程 ρ = pM/(RT)、M = 44.1 g/mol 算得 1.80 kg/m³，图1 的曲线即按这个值标定）；V_eff 是有效稀释体积，即泄漏出来的气体实际能混合进去的那部分空间体积，取决于整车布置与通风路径，须经专项评估（如舱室泄漏扩散仿真）与试验确定，本课不给具体数。

⚠ ρ 不能省，省掉它这条关系就换了量纲：不带 ρ 时 m_leak/V_eff 给出的是质量浓度（kg/m³），而本课自始至终要拿 C_leak 去和丙烷 LFL 2.1 %vol 比、去算「安全裕度 = LFL / C_leak,预期」，只有带 ρ 的这一版给出的才是体积分数（%vol），比值才成立。⇒ 全篇一律按带 ρ 的写法，有效稀释体积一律写作 V_eff（不再写作 V_effective）。另需注意这条关系按均匀瞬时混合处理，不含扩散过程、分层沉积（丙烷比空气重）与通风换气的时间效应——工程上局部浓度往往高于它算出的均值，所以它只用于说明「稀释体积越小、越早冲过 LFL」这个量级关系。

1.2 外部管路/钎焊接口：泄漏点的主要来源，集成的本质是消灭接口数

充注限值定了天花板，接下来的问题是：给定要装的这套系统，怎么把泄漏风险压到最低？答案要从泄漏点的来源说起——外部管路的钎焊接口、法兰连接、软管卡箍，是制冷剂系统泄漏的主要来源。管路越长、接头越多，暴露在振动、热循环、装配应力下的密封界面就越多，长期可靠性天然更差。

这条事实把"集成"这件事的意义重新定义了一遍。前三门课讲集成，价值落点主要在省空间、省装配工时、提升借热/协同效率；在 A3 工质语境下，集成的核心价值变成了消灭接口数本身——每消灭一个外部钎焊接口，就是消灭一个潜在泄漏点，直接压低了充注量-泄漏这条风险链的暴露面。这不是集成的附带好处，是这门课评判集成形态优劣的主标准。

1.3 承接 G8-07/G8-09：通用集成形态回顾，叠加充注量这把新尺子重新排序

G8-07 讲 RIM 时，评判标准是相态铁律、钎焊密封工艺、氦质谱检漏这些"做得好不好"的问题；G8-09 讲 RIU 时，评判标准是振动/热/EMC 这些"载体是活的"带来的新维度。这两门课都没有把"充注量"当作排序的第一因子——因为对 R134a/R1234yf 而言，充注量确实是需要关注的成本和法规变量（GWP 相关），但不是安全生死线。

这门课要做的事，是拿同一组集成形态（CIM/RIM/ITMM/RIU），换一把尺子重新排序。之前的排序结论（比如"RIU 适用于空间受限场景，是没有更好选择时的解"）不能直接套用到 R290——在充注量这把尺子下，RIU 可能从"退而求其次的选择"变成"优先选择"。这正是本课第 2 讲要展开的核心内容。

1.4 CIM 不直接承载冷媒，但在 R290 系统里不是无关件

四种形态里，CIM 是一个特殊情况：它做的是冷却液侧集成——阀岛、泵、膨胀壶，回路里流的是乙二醇水溶液，从头到尾不涉及制冷剂。R290 的可燃性、充注限值、A3 分级判据，都是围绕制冷剂本身展开的，CIM 的设计边界确实不直接触碰这些变量——所以真正要重算充注量-泄漏点账本的，是 RIM、ITMM、RIU 这三种碰制冷剂的形态。

所以在这门课讨论的"R290 集成形态选型"问题里，CIM 不参与四形态的充注量排序，但它不是无关件——理由是第 3 讲 3.2 要讲的那条扩散路径：ITMM 一旦跨介质串漏，可燃气体会顺着冷却液回路走。⚠ 3.2 沿这条回路点名的点火源候选只有暖风芯体、PTC 加热器两个，CIM 侧的部件它只回指本节、不展开；「这条回路上的膨胀壶、泵、阀岛正是 CIM 的地盘」这一步连接，以及下面三条约束，都由本节做出，不要去第 3 讲找完整论证。于是 CIM 在 A3 工质系统里要追加三条设计约束：膨胀壶排气口成为一个可能的可燃气释放点，其朝向与所对空间不能再按「排一点水蒸气」随便定；泵腔、阀岛内腔这类带死区的封闭腔体成为可燃气积聚点，要评估会不会在某个角落攒到接近 LFL 的浓度；浓度传感器布点必须考虑丙烷比空气重（H7-05 讲过这条物性的工程含义），低位与下沉腔才是有效探测位置，装在顶部等于白装。所以在选型评审会上划范围，正确的说法是：四形态里只有 RIM/ITMM/RIU 需要重排序，但没有一个形态可以不看 R290 这张安全评审表。⛔ 本课不再采用「CIM 它该怎么设计还怎么设计，跟系统用的是 R134a 还是 R290 没有关系」这个旧说法——那句话是错的：它只在「CIM 不承载制冷剂」这半边成立，却把上面三条追加约束整个漏掉了，读到它请按本节的说法覆盖。（ITMM 跨了冷媒与冷却液两侧，是另一类问题，第 3 讲专讲。）理解这一条，能帮你在选型评审会上快速划定讨论范围：真正要重新算充注量-接口数账本的，是 RIM、ITMM、RIU 这三种碰制冷剂的形态；CIM 不进这张排序表，但要单独过一遍上面三条安全约束。

本讲小结：A3 高可燃分级把充注量从"成本变量"升级为"安全生死线"；外部管路钎焊接口是泄漏点主要来源，集成的核心价值变成消灭接口数；G8-07/G8-09 的形态评判标准要叠加充注量这把新尺子重新排序；CIM 因为不直接承载制冷剂，不参与四形态的充注量-接口数排序，但它不是无关件——它要追加膨胀壶排气口朝向、泵/阀岛死区积聚、低位浓度传感器布点三条设计约束，四形态里没有一个可以不看 R290 这张安全评审表（1.4）。