自1987年生效的《蒙特利爾議定書》強制性逐步淘汰氟制冷劑以來，截至2010年底，發(fā)達(dá)國家在淘汰了含氟量為高級的制冷劑基礎(chǔ)上，又淘汰了含氟量為中級的制冷劑。對于含氟量為中級的制冷劑，歐盟已于2002年全面禁止使用，日本已于2004年開始禁止使用，美國也于2010年起全面停止其生產(chǎn)和消費，而我國是目前全球最大的含氟量為中級的制冷劑生產(chǎn)和使用國，其產(chǎn)量占全球的65%，使用量占全球的40%。根據(jù)《蒙特利爾議定書》的規(guī)定，2013年發(fā)展中國家含氟量為中級的制冷劑生產(chǎn)和使用分別凍結(jié)在2009和2010年兩年平均水平，2015年在這一凍結(jié)水平上削減10%，2020年削減35%，2025年削減67.5%，2030年實現(xiàn)除維修和特殊用途以外的完全淘汰。我國作為發(fā)展中國家，要嚴(yán)格履約。未來，無氟制冷劑將是發(fā)展趨勢。據(jù)此，冰箱的設(shè)計與工藝技術(shù)也將發(fā)生重大變化。本文將就目前冰箱市場主要的兩種環(huán)保制冷劑，進(jìn)行冰箱設(shè)計及工藝技術(shù)研究。
一、冰箱市場主要環(huán)保制冷劑概述
1、R134a制冷劑特性
R134a（學(xué)名：四氯乙烷；分子式：CF3-CH2F），具有與R12相似的熱物理性質(zhì)，但ODP(臭氧消耗潛能)=0GWP(溫室效應(yīng)潛能)=0.24～0.29。常溫常壓下，R134a無色，輕微醚類氣體，不易燃，沒有可測量的閃點，對皮膚，眼睛無刺激，不會引起皮膚過敏，但暴露時會產(chǎn)生輕微毒性。工作場所吸入量不應(yīng)超過1000PPm。R134a是非溶于礦物油的制冷劑，采用酯類油（ester），合成油（往復(fù)式壓縮機）或烷基苯（HAB）油（旋轉(zhuǎn)式壓縮機）來滿足壓縮機的潤滑要求。R134a工質(zhì)壓縮機運動部件的表面需作處理，使其具有較強的耐磨損性，合成橡膠和塑料（PVC，尼龍，聚乙烯，氟化塑料，聚氯乙烯）大多數(shù)不受HFC-134a的影響，個別會有不同程度的影響。因此壓縮機的密封圈和連接管一般采用氫化丁晴橡膠等替代。馬達(dá)電機繞組的絕緣漆膜采用改進(jìn)材料，具有抗氟性能。R134a是部分鹵化物，化學(xué)性質(zhì)不如全鹵化碳?xì)浠衔锓�(wěn)定，極易發(fā)生水解與鹵化反應(yīng)，因此制冷系統(tǒng)應(yīng)保持絕對干燥。
2、 R600a制冷劑特性
R600a，（學(xué)名：異丁烷；分子式：C4H10(CH3-CH3-CH3-CH)）；分子量：58;沸點：-11.5℃。該制冷劑優(yōu)點：ODP=0，GWP=0，無毒無污染，環(huán)境性能好，蒸發(fā)潛熱高，制冷效率較高，與水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不腐蝕金屬，運行壓力低，噪音小，能耗可降低5%～10%，原CFC-12的潤滑油完全兼容，對制冷系統(tǒng)材料無特殊要求，取材易，有煉油工業(yè)就可生產(chǎn)，價格低。該制冷劑缺點：易燃易爆。它的燃點是462℃，它的爆炸極限為空氣中體積含量百分比為1.8%～8.4%，使用異丁烷在生產(chǎn)和維修過程中，管路的明火焊接存在燃燒爆炸的危險，異丁烷電冰箱使用過程中，由于蒸發(fā)器可能泄漏，引起異丁烷在食品儲存室中的積聚，如此時室中產(chǎn)生電弧，則存在燃燒爆炸的危險，即異丁烷電冰箱的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝必須加以改進(jìn)或重新設(shè)計，以減少燃爆的可能性。
3、 R134a與R600a制冷劑物理性能的比較見表1。
二、制冷系統(tǒng)設(shè)計要點
1、壓縮機
由于R134a的特性，R134a壓縮機油以及壓縮機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，材料等都與R12壓縮機有很大不同，因此R134a冰箱只能使用R134a專用壓縮機。R134a壓縮機所采用的壓縮機油為酯類油，此種油極易吸水，不但會使壓縮機油分解加速，而且會使大量的水分進(jìn)入壓縮機，發(fā)生“冰堵”現(xiàn)象，壓縮機不能制冷，因此要嚴(yán)格控制壓縮機內(nèi)部的含水量，具體要求見表2。在使用R134a壓縮機時，壓縮機管口開放在空氣中的時間不允許超過30分鐘。R600a冰箱必須采用R600a專用壓縮機，配備密閉式或固態(tài)式啟動和保護裝置。
2、冷凝器與蒸發(fā)器
R134a冷凝器設(shè)計可適當(dāng)加大冷凝面積以降低冷凝壓力。在BCD-182冰箱的R134a匹配中，相對于R600a系統(tǒng)，冷凝器均未改變。冷凝器和蒸發(fā)器加工過程中必須使用酯類油，如使用了礦物油，則必須清洗后干燥密封。
含水量≤50g/m2內(nèi)表面積；雜質(zhì)含量≤100g/m2：其中可溶性雜質(zhì)≤40g/m2；不溶性雜質(zhì)≤60g/m2。R600a冷凝器和蒸發(fā)器的要求無特別限制，由于R600a容積制冷量小，可適當(dāng)加大蒸發(fā)器面積或增加蒸發(fā)器排管密度。在BCD-182冰箱R600a匹配中，就采用了增加蒸發(fā)器排管密度的辦法以取得合適的匹配。
3、毛細(xì)管流量
R134a毛細(xì)管在加工過程中必須使用酯類油或經(jīng)過清洗干燥。根據(jù)在BCD-182冰箱上的試驗，毛細(xì)管長度相對于R600a冰箱可加長8～20%。
R600a毛細(xì)管流量為了獲得最佳的性能匹配，可通過測試，對毛細(xì)管流量作適當(dāng)調(diào)整。
4、干燥過濾器
常規(guī)的干燥過濾器在吸水的同時也可吸收制冷劑R134a，所以對于R134a制冷劑冰箱，必須使用R134a專用干燥過濾器，XH-7或XH-9型分子篩。對于使用R600a制冷劑的冰箱可以使用R134a冰箱的干燥過濾器，因為R600a制冷劑分子直徑均大于R12和R134a的分子直徑。因此可使用XH4-XH9型分子篩。
5、制冷劑充灌量
為防止系統(tǒng)堵塞，一定要使用高純度R134a。R134a純度技術(shù)要求：純度≥99.95%；蒸發(fā)殘留物≤10PPm；酸（以HCL計）≤1PPm；水≤10PPm；CFC及HCFC≤100PPm。R134a充灌量由試驗確定。根據(jù)在BCD-182冰箱上的試驗，R600a的充灌量由實驗確定，充灌量特別小，約為R134a的50%，充灌精度應(yīng)控制在±1g以內(nèi)。
6、性能實驗情況
通過對R134a和R600a工質(zhì)BCD-182冰箱進(jìn)行對比性能測試。R600a冰箱更節(jié)能。能耗相對降低可達(dá)5～10%。R600a系統(tǒng)運行壓力低，噪聲小。
三、工藝技術(shù)總體實施方案
根據(jù)制冷劑的不同需要研究生產(chǎn)線設(shè)計，確定設(shè)備方案。
1、檢漏儀
被檢漏的物質(zhì)是R134a，檢漏儀需更換為能檢漏R134a類型的檢漏儀。被檢漏的物質(zhì)是R600a，檢漏儀需更換為能檢漏R600a類型的檢漏儀。
2、專用充灌設(shè)備
生產(chǎn)線上的真空泵和充灌設(shè)備中真空泵使用的礦物潤滑油會和R134a會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水解后生成醇類物質(zhì)和酸類物質(zhì)。這些物質(zhì)在制冷循環(huán)過程中易腐蝕制冷系統(tǒng)管路內(nèi)壁，造成氧化物堵塞毛細(xì)管，以及最后循環(huán)到壓縮機內(nèi)部后，會在活塞軸表面發(fā)生碳結(jié)，影響壓縮機的壽命。所以潤滑油需用酯類合成油替換。因此用于R134a制冷劑的真空泵和充灌設(shè)備，其潤滑油要由礦物油換為酯類合成油。氟橡膠應(yīng)當(dāng)禁用，因為它會在R134a及酯類油中變形膨脹，抗拉強度低，因此含氟的密封圈都應(yīng)更換成能用于R134a制冷劑的密封圈。因為R600a易燃易爆，用于R600a制冷劑的返修真空泵和充灌設(shè)備，需要進(jìn)行防爆處理，增加安全報警系統(tǒng)。同時，作為制冷劑充注量少易泄露，泄漏后會發(fā)生燃燒爆炸。在冰箱充注R600a以前必須對管路系統(tǒng)進(jìn)行檢漏，以防充注后制冷劑泄漏，引起爆炸，所以生產(chǎn)線還必須進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏。
3、根據(jù)制冷劑的物理、化學(xué)性能，研究提高現(xiàn)有冰箱生產(chǎn)的工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定新的工藝規(guī)程針對HFC-134a較強的吸水性來確定。因此，我們應(yīng)該在R134a制冷劑冰箱生產(chǎn)方面給于明確的工藝技術(shù)規(guī)定。研究使用新的抽真空新工藝。使用R134a制冷劑時，冰箱制冷系統(tǒng)對真空度要求較高，一般的抽真空方法可能達(dá)不到要求，所以需采用——毛細(xì)管兩端抽真空法。我們知道在電冰箱的整個制冷回路中，由于毛細(xì)管的節(jié)流作用管路系統(tǒng)在毛細(xì)管處分為高低壓兩部分，一般的抽真空方法抽真空時，真空泵接口在制冷回路的高壓段，毛細(xì)管節(jié)流后，真空計探測到的真空度不能真正代表整個管路系統(tǒng)的真空度。因此在制冷回路的高低壓兩端抽真空，可以避免毛細(xì)管對空氣的節(jié)流影響，使抽真空較徹底。制定外協(xié)檢驗的新標(biāo)準(zhǔn)，建立外檢實驗室。具體要求檢驗制冷劑R134a及關(guān)鍵件蒸發(fā)器、冷凝器的水分、灰塵、礦物油、石蠟、其他雜質(zhì)的含量。針對R600a易燃易爆的特性。編制冰箱返修工藝規(guī)程，制訂HC-600a安全使用規(guī)程。
4、研究實驗新的焊接技術(shù)及焊劑
在焊接技術(shù)及焊接材料方面，由于R134a分子較小，易泄露，同時受抽真空、充灌設(shè)備復(fù)雜的影響，售后維修較困難，因此需要提高焊接技術(shù)，保證焊接質(zhì)量。我們要將理論和實踐結(jié)合，研究摸索出適合R134a制冷劑的高質(zhì)量焊接工藝技術(shù)。同時由于R134a制冷劑對水分含量的要求較高，我們平時使用的102焊劑易吸水，潮解。所以我們要實驗確定一種新型焊劑來適應(yīng)于R134a制冷劑的焊接。同時，由于Cl-離子會和HFC-134a反應(yīng)，在焊接過程中應(yīng)避免使用含氯元素的焊劑。針對HC-600a易燃易爆的特點，我們需要研究試用新的焊接設(shè)備，實驗總結(jié)焊接新工藝。超聲波壓力焊接是在高頻率下的一種固態(tài)連接方式，通過焊接工具頭每秒鐘2萬次的磨擦，使材料表層的分子重新排列而達(dá)到焊接的目的。不發(fā)生金屬的熔化，不產(chǎn)生煙塵、火花和有害氣體。這種新焊接工藝非常適合R600a制冷劑冰箱的封口焊接，而且較安全。http://ggswu.com
