异丁烷(R600A)制冷剂在无霜电冰箱的应用

异丁烷（R600a)制冷剂在无霜电冰箱上的应用2010年4月于合肥论文摘要本文在分析异丁烷制冷剂特性的基础之上论述了无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的技术难点及依据标准，阐明了无霜冰箱采用异丁烷作制冷剂的电器和制冷改造要点，并对异丁烷无霜冰箱的整机安全性和整机性能作出评价。前言异丁烷、R134a和混合工质是目前冰箱行业的主要替代工质；异丁烷制冷剂在直冷和无霜冰箱中的应用现状及碳氢技术发展的障碍；无霜冰箱有风冷和风直冷两种主要类型；对无霜冰箱进行异丁烷替代技术研究是冰箱界的当务之急，它的研究成功攻克了碳氢应用技术发展的障碍，并使异丁烷成为最具环保意义的替代工质，极大地推进无氟替代进程。1.主要替代工质的特性对比及其优缺点CFC-12异丁烷HFC-134a比较说明臭氧层破坏系数(ODP)1.000温室效应系数(GWP)3.10.010.27异丁烷制冷剂的ODP和GWP几乎均为零，对环境完全没有破坏作用，而HFC-134a对全球变暖有较大影响。冷凝压力(+40℃，bar)10.0885.31910.164蒸发压力(-30℃，bar)1.00410.4680.8436理论排气温度(℃)120-125100-105125-130异丁烷较低的冷凝压力、蒸发压力和排气温度减少了系统泄漏的可能性，提高系统效率，延长了压缩机的使用寿命。液相密度(kg/m3，-25℃)1472.0608.31371.0异丁烷较高的蒸发潜热和较低的液相密度，使得充灌量大为减少。润滑油矿物油矿物油酯类油对杂质的敏感性敏感敏感高度敏感溶水性极微极微极易溶真空度要求一般一般高材料兼容性好好不好1．HFC-134a所用酯类油极强的吸水性，以及HFC-134a对杂质(如石蜡等)的高度敏感性，使得HFC-134a冰箱及压缩机生产必须要保持苛刻的生产条件，制造难度较大。2．HFC-134a冰箱极易在较短的时间内因毛细管堵塞引起制冷系统破坏。3．HFC-134a冰箱系统故障的维修也存在较大困难。1.主要替代工质的特性对比及其优缺点异丁烷的主要缺点是它的易燃易爆性，当在空气中的含量为1.8%-8.4%（体积比）时，如遇火花则会燃烧或爆炸。因此，用异丁烷作制冷剂的电冰箱在设计时必须加以改进或重新设计，将燃烧和爆炸的可能性完全排除。2.直冷式电冰箱应用异丁烷制冷剂概述直冷式电冰箱特点；我国自1993年开始吸收、引进异丁烷冰箱生产技术；0.431842154113020406080100120140160180199419951996199719981999年份生产量(单位:万台)累计生产异丁烷无氟电冰箱331万台。3.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的难点及技术依据标准技术难点翅片蒸发器存在泄漏可能性，且与食品储藏室相通;食品储藏室内有可能产生火花的电器件;异丁烷作为一种碳氢制冷剂具有可燃性，因此确保电冰箱的安全运行是设计异丁烷无霜冰箱的重要技术关键。3.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的难点及技术依据标准燃烧和爆炸的条件1.异丁烷制冷剂泄漏；2.泄漏的异丁烷制冷剂到达爆炸浓度；3.电器件产生电火花或电器件表面温度到达异丁烷燃点。设计技术依据标准1.电器件满足IEC79—15《爆炸性气体环境用防爆电器设备第15部分“n”型电气设备》2.整机的安全性应满足EN60335—2—24/A53《家用和类似用途电器的安全第二部分：冷藏箱、食品冷冻箱及制冰机的特殊要求》4.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的电器设计改造要点根据IEC79—15对电器件提出设计要求；防爆电器件属于IIA型，可以使用N型电气设备，具体包括电器件的防护等级、机械强度、连接装置、插头和插座、电气间隙、间隔和爬电距离、介电强度、耐热老化、耐寒等要求；科龙公司容声牌电冰箱BCD-190WB/HC简介。4.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的电器设计改造要点BCD-190WB/HC采用电脑控制给异丁烷应用带来的优势1.电脑控制的主控制板安装在冰箱外部，远离了可能泄漏的异丁烷气体；2.门开关只是起采集信号的作用，而不是串联在风扇电机或内部照明灯回路中；3.温度调节电路板只是将温度设定值通过弱电信号传至主控制板。4.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的电器设计改造要点除霜系统改造要点加热管表面温度必须比异丁烷的燃点温度（494℃）低100℃，即不能超过394℃。CFC-12异丁烷备注电冰箱型号BCD-190WBBCD-190WB/HC加热方式红外辐射加热电阻式接触加热化霜过程加热管表面最高温度＞394℃＜40℃环境38℃，电压为252V蒸发器上部8℃左右10℃左右化霜过程蒸发器最高温度蒸发器下部＞20℃10℃左右电阻式接触加热蒸发器的温度均匀性取决于电阻加热管的合理设计。加热管功率145W120W化霜时间20min左右17min左右4.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的电器设计改造要点BCD-190WB/HC电器零部件防爆设计要点a)采用耐热、耐寒材料；b)对易发生短路危险或产生火花危险的部位采用密封结构和温度保护装置；c)采用符合要求的连接器，保证连接部位的强度；d)采用防腐蚀镀层，保证连接部位的表面不易锈蚀，并从结构上确保其充分接触;e)对于有相对运动的部件，保证有足够的间隙或有防摩擦的保护；f)采用符合电气强度要求的绝缘材料；g)采用限制温度的装置或降低加热器的发热功率，从而降低最高表面温度；h)采用本质安全型的防爆电器件。最终目的是限制表面最高温度和避免产生电火花。5.无霜电冰箱采用异丁烷作制冷剂的制冷系统改造要点制冷剂充注量充注量少，仅为R12的37%左右，充注精度要求较高。压缩机a)较高的性能系数；b)较低的噪声和振动；c)高低压差较小，运行工况优越，可靠性好。冷凝器和蒸发器可与R12系统相同，但除霜系统作变化时，蒸发器结构应作相应调整。毛细管为获得最佳性能，可经过测试，对毛细管长度作适当调整。6.异丁烷作制冷剂的无霜电冰箱整机安全性评价和整机性能评价依照标准EN60335—2—24/A53整机安全性通过TÜV测试主要内容包括：1)制冷剂灌注量小于150g。2)有“小心火灾”的标记。3)隐藏式制冷系统：模拟泄漏，测定内部浓度。4)可见式制冷系统：电器件符合IEC79-15标准。5)在不用防爆电器件的场合，要做以下三项试验：a)外部接头处的泄漏是否会泄漏到食品储藏室中。b)食品储藏室中的泄漏在门打开或关闭时，是否会对外部电器有影响。c)从制冷系统的泄漏是否会对外部电器系统有影响。6)暴露于泄漏气体中的器件表面温度：燃点温度减100℃（494℃－100℃）。6.异丁烷作制冷剂的无霜电冰箱整机安全性评价和整机性能评价模拟爆炸实验1）实验目的：验证防爆设计，对异丁烷无霜电冰箱的防爆安全性以及发生爆炸时的破坏性进行模拟试验。2）模拟爆炸实验测试项目正常制冷的安全性。除霜加热系统的安全性。照明灯具的安全性。爆炸后果试验3)模拟爆炸实验测试结果上述①--③项均不发生爆炸，防爆设计合格。④项人为点火发生瞬间燃烧爆炸，门被震开，爆炸火焰随即熄灭，箱内并无留下任何燃烧痕迹。从模拟爆炸实验来看爆炸压力低且持续时间短，不会造成设备或防护罩的燃烧，仅门被震开。6.异丁烷作制冷剂的无霜电冰箱整机安全性评价和整机性能评价整机性能评价1.161.021.191.280.511.5R12R600aR134aR401A制冷剂耗电量(单位:kW.h/24h)41.241.342.139.230354045R12R600aR134aR401A制冷剂噪声(单位:dB(A))结束语总之，异丁烷作电冰箱的制冷剂，以节能低噪音、对大气完全没有破坏作用的优势，在众多的替代路线中独树一帜。德国率先在直冷和风直冷无霜冰箱上采用异丁烷制冷剂，我们在吸收德国异丁烷替代技术的基础上又突破禁区率先在风冷无霜冰箱上成功使用异丁烷制冷剂。它的研究成功，攻克了碳氢应用技术发展的障碍，填补了国际上应用异丁烷技术的一项空白；它的全面推广应用，使得异丁烷可以应用于直冷、风直冷和风冷等所有冰箱产品上，从而使异丁烷成为目前最具环保意义的替代工质。另外对于增加我国产品的高新技术含量，增强产品的竞争力，拓展国际和国内市场，保护大气环境，彻底履行国际协议都具有非常重要的意义。