R290制冷剂在商用冷柜中的应用

2022-09-11

在1991年6月14日, 中国加入《蒙特利尔议定书》 (Montreal Protocolon Substancesthat Depletethe Ozone Layer) 之后, 随着国人环保意识的不断增强, 我们开始关注温室效应对气候、环境以及人类生存环境的影响, 国家开始提倡使用自然制冷剂, 以淘汰温室效应较大的HCFC制冷剂。R290制冷剂作为一种自然、环保的制冷剂开始进入我们的日常生活。2004年海尔集团成功开发了R290制冷剂, 并将其使用在大型商柜中。到目前为止, 海尔集团已完全掌握了R290制冷剂的使用。但是我们有必要研究其应用情况以及在应用中存在的问题, 以便使其在全球大范围推广, 为保护臭氧层做出应有的贡献。

这些年在小型的商用制冷柜市场中, 我们更多的是利用R134a制冷剂。这种制冷剂的优点是对臭氧层不会造成任何破坏, 但是致命的缺点是其具有温室效应, 而且它属于过渡型制冷剂。因此我们研究R290等新一代绿色环保的制冷剂, 以取代R134a这种过渡型制冷剂成为现阶段制冷剂科研的主要方向。

1 R290和R134a制冷系统的物性参数比较

1.1 系统焊接点的承压能力

研究发现, R290和R134a这两种制冷剂在系统的运行过程中的压力大小顺序为:R134a

1.2 产品的性能对比

大量试验结果表明, 在测试环境相同的前提下, R290系统的能源消耗量相比R134a能够降低30%左右。其主要在于R290压缩机的能量利用率和工作效率比R134a的更高。由于R290系统单位质量的制冷量比R134a的更大, 使得R290系统的灌注量比R134a系统要很少。只有对R290系统的主要性能进行全面系统的研究, 我们才可以发现其存在的缺点, 然后在设计中, 对其制冷系统进行调整, 达到我们的要求。

根据我们研究发现, R290的蒸发面积与R134a大体上相同, 在冷凝性能方面, R134a的性能也可以达到R290的设计要求。如果利用R134a的蒸发器, 采用冷风冷凝器, 使用冷凝器发散热的这种方式, 既可以降低成本, 又可以减少资源的浪费。另外由于R290制冷系统的单位质量制冷量比R134a单位制冷量大, 在充注量均为300g的情况下, R290的制冷效果更加明显。

根据以上性能方面的对比, 我们认为R290制冷系统可以采用和R134a相同规格的毛细管。

2 R290的应用特性研究

R290制冷剂在性能上和R134a等其他制冷剂有着明显的优势, 但是也有一些需要该进的地方, 主要有以下三个方面:

2.1 工作压力

R290制冷剂的工作压力与环境温度有直接关系。在-25℃时, R290蒸发时的压力约为R134a的1.9倍, 在50℃冷凝时, R290的压力约为R134a的1.3倍, 因此, 必须改进R134a的蒸发皿。

2.2 制冷系统的节流装置

现在常用工业的小型制冷设备即商用冷柜, 采用毛细管节流是符合现代社会发展趋势的经济、环保的设计, 不同的商用冷柜可采用不同流量的毛细管。丙烷的制冷特性表明, R290的设计必须提高回气的温度, 这样可以提高商用冷柜的工作效率。

2.3 安全性

根据资料表明, R290制冷剂的安全等级为A3级, 其具有高燃性 (爆炸下限为39g/㎥, 爆炸上限为177g/㎥, 最低着火点为470℃) 、低毒性 (一般认为其是无毒的) 。这就对我们推广其提出了一定的挑战, 只有解决了其高燃性带来的潜在危害, 我们才能大范围的使用这种制冷剂。

3 R290的设计建议

3.1 材料选择

根据最新时实验结构表明, 壁厚大于0.71mm且直径大于8mm的镀锌钢管适合R290蒸发时的工作压力要求, 壁厚大于0.71mm直径大于6mm的镀锌钢管适合R290冷凝工作压力要求。所以我们从既降低成本又保证设备正常工作的角度建议, 使用壁厚0.71mm直径6mm的镀锌管做冷凝器, 使用壁厚0.71mm直径8mm的镀锌管做蒸发器。