新型制冷剂R410A的应用

新型制冷剂R410A的应用目前在家用空调器中，R22仍是普遍使用的制冷剂。R22作为HCFC类制冷剂，其ODP（臭氧消耗潜能值）虽然较低（仅为R12的5%），但长期使用，对臭氧层的破坏作用仍是不可忽视的，因此，近年来人们一直在积极努力地寻找R22的替代品。R134a（异四氟乙烷，C2H2F4）是最早被人们选定的作为R22的替代品，但曾被人们认为是理想的R22替代品的R134a，无论在家用空调市场还是在商用空调市场，最终却都未赢得广泛的认可。R134a作为R22的替代品，拥有许多令人满意的特点，但由于它的低压特征决定了用R134a的系统必须使用较大体积的压缩机，因而导致了系统成本的增加，因此，R134a又被慢慢地放弃，目前只被用于运行压力较低的汽车空调中。从上世纪90年代中期，人们又开始选用R407C（HCF类制冷剂）作为R22的替代品。R407C有着与R22相当的运转压力和温度，R407C具有零臭氧消耗潜能值和非常低的全球升温潜能值，在许多情况下，只需对R22系统稍作改进，就可以使用R407C作替代品。曾在欧洲市场得到了广泛的认可。但由于R407C系统在高压排气时会存在明显的温度漂移，很难达到与R22系统相匹配的效率，因此，日本空调制造商一方面大量生产R407C产品向欧洲出口，另一方面在日本本土对R407C的认可度却很低，取而代之的是另一种同属于HCF类的R410A制冷剂。在美国，虽然对R22制冷剂的替代显得比较清晰，但R407C制冷剂却从未受到空调制造业的青睐，所选择的替代品也是R410A。就是在较早实现对R22制冷剂的淘汰的欧洲，在使用了数年R407C制冷剂后，也终于开始向R410A转变。可以肯定的是，R410A制冷剂是目前世界范围内取代R22制冷剂的最佳选择。虽然其优缺点参半，但较之R134a和R407C，R410A独特的优势更为吸引人，预计R410A制冷剂将会逐渐成为空调设备的主流制冷剂。由于R410A制冷剂在其特性上与R22有较大的区别，所以，要想适应R410A系统的维修、调整，首先要掌握R410A制冷剂的各种特性、R410A制冷系统的主要特征，以及维修、调试该系统时需要掌握的一些相关技术技能。下面就对这些相关知识分别进行介绍，以便于制冷维修人员对R410A制冷剂及R410A制冷系统的了解，更好地掌握对R410A制冷系统的维修技术。1、R410A制冷剂的主要特点R410A是一种双组份的非共沸混合制冷剂，由R32/R125（50%/50%）混合而成。R410A与R407C一样，具有零臭氧消耗潜能值和非常低的全球升温潜能值，其臭氧层破坏系数（ODP）为0，泄放的气体不会对大气臭氧层造成破坏作用；地球温暖化系数（GWP）为1730，与R22基本相同。R410A的容积制冷量冷量大，热传递性能优于R22，翅片式换热器的热传递比R22系统高出35%（R134a、R407C的热传递系数均略小于R22）；R410A在同等质量流量下，R410A的压降较小，便于采用更小口径的管路及阀门，蒸发器、冷凝器等部件也可做的小一点，降低了系统成本，并且可以减少30%的制冷剂充注量。高效的热传递和较小的压降使R410A在与R22相同的运行条件下具有较小的压缩比，压缩机在耗电更少、效能比更高的情况下，获得一个更好的运行范围。如果系统设计合理、恰当，在相同冷量、相同冷凝温度的制冷系统中，R410A系统的效能比（COP）可以比R22高出6%。R410A的缺点是临界温度较低，不适和高温环境下使用，但对于水冷式冷凝不会产生影响。R410A的热力性质见表1。表1R410A制冷剂饱和状态热力性质表温度℃压力bar液体比容dm3/kg气体比容m3/kg液体焓kJ/kg气体焓kJ/kg液体熵kJ/（kg•K）气体熵kJ/（kg•K）-501.1340.72580.21819130.11398.280.72061.9223-451.4380.73390.17470136.56401.280.74911.9094-401.8030.74250.14128143.10404.230.77731.8973-352.2370.75180.11529149.74407.120.80541.8861-302.7490.76170.09485156.49409.930.83331.8756-253.3470.77230.07862163.36412.670.86111.8658-204.0410.78380.06561170.35415.310.88881.8564-154.8420.79620.05508177.47417.850.91641.8476-105.7590.80960.04649184.74420.270.94401.8390-56.8030.82430.03943192.17422.550.97171.830807.9860.84030.03358199.77424.670.99941.822859.3200.85790.02870207.57426.631.02731.81491010.8170.87730.02461215.60428.381.05551.80701512.4890.89900.02115223.85429.921.08381.79902014.3500.92320.01821232.36431.201.11261.79082516.4150.95050.01569241.18432.181.14171.78233018.6980.98170.01353250.36432.821.17151.77343521.2141.01770.01166259.94433.061.20211.76384023.9811.05990.01003270.02432.801.23361.75344527.0141.11040.00860280.70431.941.26641.74185030.3331.17220.00734292.16430.321.30091.72855533.9571.25070.00621304.66427.651.33791.71286037.9081.35610.00518318.64423.481.37871.69346542.2091.51240.00420335.18416.781.42611.6674注：1bar=0.1MPa由表中可以看出，R410A的压力比R22明显高出很多。在同样的温度条件下，R410A的饱和压力约为R22的1.5~1.6倍，这就要求R410A系统管路及各部件要有更高的耐压强度。在同样的工况条件下，R410A的单位质量制冷量略少于R22，如图1所示：从图中可以看出，在蒸发温度t0=5℃、冷凝温度tk=50℃、过冷温度tr•c和吸气温度t1均为30℃的工况条件下，R22的单位质量制冷量为414.54–236.65=177.89（kJ/kg），而410A的单位质量制冷量为426.63–250.36=176.27（kJ/kg），比R22少1.62kJ/kg。虽然R410A的单位制冷量小于R22，但由于R410A在管路中的流动性能明显优于R22，使得系统制冷剂流量增大，弥补了单位制冷量稍差的不足；再加上R410A高效的热传递性能，使系统的总制冷量明显大于R22制冷剂，系统的性能系数（系统效能比）更优于R22系统。2、R410A的制冷剂的理化特性1）R410A的基本特性见表2（与R22对照）表2R410A、R22基本特性对照表序号制冷剂臭氧层破坏系数ODP地球温暖化系数GWP可燃性毒性压力1R22（CHF2Cl）0.0551,700不燃无12R410A（R32/R125=50/50）01,730不燃无约1.6注：ODP:OzoneDepletionPotentialR12对臭氧层破坏系数为1GWP:GlobalWarmingPotentialCO2对地球温暖化系数为1压力参数以R22饱和压力为1，R410A冷媒是R22冷媒的倍数。2）R410A液相添加和气相添加组分变化R410A制冷剂在液相加注和气相加注时所加注的两种成分的比例是不一样的，如图2所示，虚线（R32）和点画线(R125)曲线代表气相添加时组分的变化；粗实线(R32和R125)代表液相添加时组分的变化。从图中可以看出，当R410A制冷剂以液态进行加注时，其组分始终保持不变，而当以气态加注时，其组分就会产生变化，这是因为组成R410A的是两种沸点不同的制冷剂，以各为50%的比例混合而成，容器中的液体部分其混合比例不容易变化，但由于在相同温度条件下两种成分的气化量不同，所以容器中气体部分两种成分的组成比例就会出现变化。开始加注时，注入的气体中R32的比例增大而R125的比例减小，加注量达到80%多以后，R125的比例逐渐增大，最终超过正常比例，R32的比例同时减少至低于正常比例。因此，在加注R410A制冷剂时，为了保持其组分的正常比例，以保证R410A系统的热力性能，必须以液态的方式进行加注。3）R410A系统的运行特点R410A制冷系统的运行特点主要体现在系统压力上，表3给出R410A和R22两种制冷系统压力参数的对比，可以看出，无论是正常工作压力，还是最大工作压力，410A均为R22的1.5~1.6倍。表3R410A与R22压力参数对照表工作压力最大压力制冷方式制热方式吸气侧排气侧R410A0.6~0.96Mpa(6~9.6bar)2.25~3.36Mpa(22.5~33.6bar)2.7Mpa(27bar)4.15Mpa(41.5bar)R220.4~0.6Mpa(4~6bar)1.5~2.1Mpa(15~21bar)1.6Mpa(16bar)2.55Mpa(25.5bar)4）410A系统使用的润滑油制冷压缩机所用的冷冻润滑油根据制冷剂的不同，大致分为矿类润滑油和合成润滑油两种，R22系统使用的是矿类润滑油，R410A系统使用的是合成润滑油。合成油又分为：AB、PVE、PPE、PAG、POE、PC等多种，目前多数R410A系统压缩机使用的是PVE（醚类）和POE（酯类）冷冻润滑油。这两种冷冻润滑油的特性见表4。表4PVE、POE冷冻润滑油的特性PVE（醚类）POE（酯类）粘度（mm2/s@40℃）（mm2/s@100℃）64.260.27.677.68粘度指数7788密度（g/cm3@15℃）0.9260.960流动点（℃）-40-35总酸值（mgKOH/g）0.010.01电阻率（Ω•cm，RT）1.e+148.e+13加水分解稳定性稳定反应PVE类润滑油与水没有分解作用，跟金属加工油稳定性和互溶性比POE好，使毛细管堵塞的可能性较小，因此，在一些使用PVE润滑油的系统中不设干燥过滤器。R410A系统内绝不允许混入其它机油，以免系统内产生油泥而造成毛细管、膨胀阀堵塞现象。用于对R410A系统进行抽空的真空泵必须设有防止机油倒流的装置（止回阀），以避免关闭真空泵后真空泵中的机油倒流进系统中。3、R410A系统的配管材料及所需的专用工具1）配管材料R410A系统所用的配管及连接头使用的材料基本与R22冷媒相同，只是其规格要求有所变化。另外，在选用配管和连接头方面，需要使用附着在内面上不纯物少的材料。铜管材料要求TP2M，使用附着油量小于40mg/10m的配管。铜管的壁厚，要遵守《铜配管设计规范》的规定，按照表5的要求选择R410A允许使用的铜管壁厚：表5R410A系统用铜管规格铜管外径（mm）铜管壁厚（mm）6.350.809.520.8012.70.80对于壁厚为0.7mm的铜管以及铜铝管，绝对不能使用。为保证冷媒泄漏要求，大于外径12.7的喇叭口螺母（铜钠子）的尺寸、形状，R410A和R22所用的有所差别，使用时，一定要对尺寸进行确认。铜钠子具体规格见图3、表6。表6铜钠子六方对边尺寸H（mm）铜管外径R410AR226.35(1/4in)17179.52(3/4in)222212.7(1/2in)26242）专用工具R410