制冷剂R410A的应用

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 1 R410A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　　-56.8030.82430.03943192.17422.550.97171.8308　　07.9860.84030.03358199.77424.670.99941.8228　　59.3200.85790.02870207.57426.631.02731.8149　　1010.8170.87730.02461215.60428.381.05551.8070　　1512.4890.89900.02115223.85429.921.08381.7990　　2014.3500.92320.01821232.36431.201.11261.7908　　2516.4150.95050.01569241.18432.181.14171.7823　　3018.6980.98170.01353250.36432.821.17151.7734　　3521.2141.01770.01166259.94433.061.20211.7638　　4023.9811.05990.01003270.02432.801.23361.7534　　4527.0141.11040.00860280.70431.941.26641.7418　　5030.3331.17220.00734292.16430.321.30091.7285　　5533.9571.25070.00621304.66427.651.33791.7128　　6037.9081.35610.00518318.64423.481.37871.6934　　6542.2091.51240.00420335.18416.781.42611.6674　　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t 0 = 5℃、冷凝温度t k = 50℃、过冷温度t r•c 和吸气温度t 1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1.62 kJ / 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 2 R410A、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1　　2R410A（R32/R125=50/50）01,730不燃无约1.6　　注：ODP: Ozone Depletion Potential R12 对臭氧层破坏系数为1　　GWP: Global Warming Potential　　CO2 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 3 R410A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 4 PVE、POE冷冻润滑油的特性　　PVE（醚类）POE（酯类）　　粘度（mm2/s@40℃）　　（mm2/s@100℃）64.260.2　　7.677.68　　粘度指数7788　　密度（g/cm3@15℃）0.9260.960　　流动点（℃）-40-35　　总酸值（mgKOH/g）0.01>0.01　　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 5 R410A系统用铜管规格　　铜 管 外 径　　（mm）铜 管 壁 厚　　（mm）　　6.350.80　　9.520.80　　12.70.80　　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R410AR22　　6.35 (1/4 in)1717　　9.52 (3/4 in)2222　　12.7 (1/2 in)2624　　2）专用工具　　R410A系统因为制冷剂的性质及其压力特性，所用的工具和设备与R22系统有所不同，以前再R22系统上用的工具设备不能直接用于410A系统中。图4是R410A系统常用到的部分工具设备。　　a）专用扩口器　　由于R410A系统所用的通关壁厚比R22系统的要厚一些，所以，原用于加工R22系统铜管喇叭口的扩口器不适用于加工r410a系统的铜管，必须用专用的扩口器。用于R410A的专用扩口器带有粉红色标记（见图4所示）。　　由于在加工时夹紧工具的支撑孔会变大、扩管力矩增强，导致工具内部的弹簧受力增加，R410a所用的扩口器铜管夹具的配合尺寸定为0 ~ 0.5mm。用于R410A铜管的扩口工具也可以在R22系统中使用。　　b）量规　　量规是在加工铜管喇叭口时调整扩管加工余量用的。加工其它冷媒管时所用的量规也可以直接用于加工R410A所用铜管，加工的余量上限范围应在1.0mm～1.5mm之间。　　c）力矩扳手　　用于φ12.7mm（1/2in）铜管钠子的紧固。R410A专用的力矩扳手其开口尺寸为26mm，扳手靠把手部位有粉红色标记。　　d）组合表阀　　因为R410A压力比R22高出50%以上，原来用于R22系统的压力表不能在R410A系统中使用。用于R410A系统的组合表阀从外形上与原来的基本相同，但表头所能测量的压力值大一些，表体上使用字符标记或涂有粉红色标记。表6给出R410A专用表阀与R22所用表阀压力测量范围的数据对照：　　表 6 两种系统压力表测量范围对照表　　R410A专用R22用　　高压表（红）-0.1～5.3Pa　　（-76cmHg～53kgf/cm2）-0.1～3.5Pa　　（-76cmHg～35kgf/cm2）　　低压表（绿）-0.1～3.8Pa　　（-76cmHg～38kgf/cm2）-0.1～1.7Pa　　（-76cmHg～17kgf/cm2）　　为了防止其它制冷剂混入R410A系统，R410A组合表阀的各接口都做了改动，接口丝头由原来的7/16 UNF 20齿改为1/2 UNF 20齿，使原用的软管接口及铜钠子无法在R410A专用表阀上使用。　　e）加注软管　　由于R410A的压力较高，对加注软管的耐压要求也提高，因此在R410A专用加注软管的材质及耐受HFC方面也进行了更改。接口尺寸同样改为1/2 UNF 20齿，还在接口附近加设一个防止气体反冲的阀门（截止阀），或在接系统端增加一个单独的控制阀。　　R410A与R22所用加注软管的区别见表7：　　表 7 两种加注软管对照表　　制冷剂R410AR22　　耐压常用压力5.1Mpa(52kgf/cm2)3.4Mpa(35kgf/cm2)　　破坏压力27.4Mpa(280kgf/cm2)17.2Mpa(175kgf/cm2)　　材 质HNBR橡胶　　内部尼龙CR橡胶　　接口尺寸1/2 UNF 20齿7/16 UNF 20齿　　f）对R410A系统进行抽真空时，为了防止真空泵中的矿类润滑油回流进系统中，与R410A系统中的润滑油混合而产生油泥，需要在真空泵吸气端加装一个与真空泵同步控制的电磁截止法（止回阀），当真空泵关机时，同时关闭止回阀。连接真空泵的加注软管接口可以在R22（7/16 UNF 20齿）和R410A（1/2 UNF 20齿）中互换使用。　　g）电子称　　为了保证系统制冷剂的定量充注精准，最好使用电子称进行制冷剂的加注称量。　　h）制冷剂钢瓶　　R410A制冷剂专用的钢瓶，一般直接使用制冷剂名称进行标注，同时，还按照美国ARI的要求进行颜色标注（粉红色）。钢瓶接口同样采用1/2 UNF 20齿规格的接头。为了保证液体充注，钢瓶应带有虹吸管，或在加注时使钢瓶倒立进行充注。　　i）检漏仪　　必须使用高灵敏度的HFC类制冷剂专用泄漏检测仪　　R410A使用的检漏仪也可以使用在R22的检测中,但R410A不能使用以前R22所使用的检测产品。　　4、R410A系统的安装、维护操作　　1）铜管扩口加工　　R410A所用的扩口加工尺寸与R22有所不同，所以，建议使用R410A专用的扩口工具进行扩口加工。如果使用以前的工具进行扩口加工，应参照图5、表8对铜管的误差进行修正后方可使用。　　表 8 喇叭口尺寸　　铜 管 外 径尺 寸 A（mm）　　R410AR22　　6.35 (1/4)9.18.6 ~ 9.0　　9.52 (3/8)13.212,6 ~13.0　　12.7 (1/2)16.615.8 ~ 16.2　　15.88 (5/8)19.719.0 ~ 19.4　　19.1 (3/4)2422.9 ~ 23.3　　2）配管的折弯加工　　室内、室外机的配管折弯半径R应按照图6、表9所示进行加工。加工过程中应尽量避免非正常变形、破裂现象。使用最小半径折弯时，应使用硼砂混合物配合加工。　　表 9 铜管折弯半径　　铜 管 外 径正常 R（mm）最小 R（mm）　　6.35 (1/4)＞100＞30　　9.52 (3/8)　　12.7 (1/2)　　3）配管连接部位及阀帽的紧固　　R410A的压力比R22高1.6倍左右，所以，在连接室内、室外机组的扩口配管时，要使用力矩扳手，按规定的力矩（见表10）进行可靠的紧固连接，一旦出现连接不良，不仅仅是气体泄漏制冷剂减少的问题，还会导致制冷剂组分变化引起系统工况变化等一系列问题。　　表 10 喇叭口螺母（铜钠子）紧固力矩　　铜 管 外 径紧 固 力 矩　　6.35 （1/4）16 ~ 18 N ﹒m (1.6 ~1.8 kgf ﹒m)　　9.52 (3.8)30 ~ 42 N ﹒m (3.0 ~4.2 kgf ﹒m)　　12.7 (1/2)50 ~ 62 N ﹒m (5.0 ~6.2 kgf ﹒m)　　另外，管路中的截止阀及修理口的封帽也要按照表11所示力矩进行紧固。　　表 11 阀帽、修理口封帽紧固力矩　　阀 帽管 径紧 固 力 矩　　6.35（1.4）16 N ﹒m (1.6 kgf ﹒m)　　9.52（3/8）30 N ﹒m (3.0 kgf ﹒m)　　12.7（1/2）　　修 理 口 封 帽9 N ﹒m (0.9 kgf ﹒m)　　4）系统管路的抽真空及充注制冷剂操作　　R22系统在安装时可以采用系统内的制冷剂或用外部的制冷剂对连接管路及室内机组进行排空，但R410A系统绝不允许采用这种排空方法，必需使用真空泵进行彻底抽空后封闭管路系统，然后开通气、液阀连通管路系统。真空泵应设有与真空泵同步动作的止回阀，以防止泵内的润滑油倒流进入制冷系统，导致制冷系统的损坏。　　系统管路的真空处理及充注制冷剂操作步骤：　　A．按照图7所示连接机组、表阀及真空泵　　B．抽真空操作：　　新空调安装时只需要在室内、室外机组通过连接管连接好后对连接管、室内机组进行抽真空，此时应让室外机组气、液阀均保持完全关闭状态，打开修理表阀，同时开启真空泵和止回阀，进行抽真空；如整个系统需重新充注制冷剂，则应对全系统管路进行抽真空，此时应将室外机组的两个阀都打开，然后开启修理表阀、真空泵和止回阀进行抽真空。　　C．抽真空时间大约30s ~ 1min时，稍松动一　　下连接管接口部位的钠子，确认喇叭口处能有空气吸入，重新紧固好钠子，继续进行抽真空。　　D．时间要在10分钟以上，并且确认压力表指示值达到-0.1Mpa（-760mmHg），按顺序关闭修理表阀、真空泵和止回阀。　　E．保持系统真空状态1~2分钟，观察压力表指示值，确认指针未有变化，方可进入下一步操作。　　F．如果是新空调器，应将室外机气、液阀全部打开，拆下充注软管，装上工艺口封帽并可靠紧固；如果是需要重新充注制冷剂的空调器，此时应拆下止回阀处与修理表阀连接的软管接口，改接在制冷剂钢瓶上，然后旋松软管另一端修理表阀处的接口，将制冷机钢瓶倒置（如果是如图8所示带有虹吸管的钢瓶，则不需要倒置钢瓶），缓缓开启瓶阀，用液体制冷剂赶出软管中的空气，待软管接口处有制冷剂喷出时，迅速旋紧软管接口，用定量充注法向系统内充注制冷剂液体。　　G．用专用HFC检漏仪对各连接部位、阀芯阀帽等易泄露部位进行仔细检漏，确保系统无泄漏情况存在。　　H．进行试机运行，确保空调器处于正常运行状态。　　5）R410A系统补充制冷剂　　因为系统泄露造成制冷剂不足时，由于制冷剂是在气态下泄露的，系统内R32和R125两种成分的组成比例已经发生了变化，因此原则上是不允许进行补充制冷剂处理的。但考虑到R410A制冷剂价格较贵，完全放掉系统内的制冷剂太可惜，所以在制冷剂泄漏量较小时，允许通过补充制冷剂液体来保证系统的正常制冷性能。补充制冷剂的操作在一个系统中最多不能超过3次。