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R410A新冷媒家用空调压缩机的设计与试验 谢利昌　徐剑　高永红　王清霞　邓永辉 1 引言 　　空调器及热泵机组目前广泛使用的HCFC-22属氢氟氯烷烃制冷剂,根据1992年蒙特利尔议定书的规定,工业发达国家到2020年,发展中国家到2030年要全部淘汰。其中瑞典、德国将于2000年禁用,日本将于2004年前禁用,美国将于2010年前禁用。随着禁止时间的迫近,有关HCFC-22替代物以及相适应的冷冻机油的研究正在加紧进行。目前国际上呼声最高的HFC(氢氟化烷烃)类替代物有R407C和R410A,所使用的冷冻机油有聚酯合成油(简称POE油)和烷基苯油(简称AB油)。　　我们珠海凌达压缩机有限公司作为一家专业化生产空调压缩机的企业,为了配合绿色空调器的开发,到目前为止,已经成功地开发出了R407C、R410A 新冷媒压缩机(冷冻机油用POE油或AB油)及空调器,其中R407C压缩机已开始批量供货。　　本文主要介绍R410A压缩机的设计以及试验情况,并对R410A压缩机在空调器中的应用提出了几点建议。压缩机的试验主要包括R410A/POE油、AB油与电机绝缘材料相容性试验,与化工材料的兼容性试验,压缩机性能测试,压缩机耐久性能试验。 2 R410A的基本特性、热工性能以及家用空调采用R410A新冷媒的优点 　　R410A属二元亚共沸混合制冷剂,其成分由R32(二氟甲烷)、R125(五氟乙烷),并按质量百分比50/50wt%组成,与HCFC-22有较大差异的温度-压力曲线。R410A的压力约为HCFC-22的1.5倍，容积制冷量约为HCFC-22的1.4倍。R410A和R407C替代工质与HCFC-22性能比较见表1。 表1　HCFC-22替代工质性能对比 性能 HCFC-22 R407C R410A 环保性 ODP 0.55 0 0 GWP(相对于CO2) 1700 1600 1900 安全性 毒性 无 无 无 可燃性 不可燃 不可燃 不可燃 热物性 Tb(沸点) -40.8℃ -43.6℃ -51.4℃ Tc(临界温度) 96.2℃ 86.7℃ 72.1℃ 制冷性能 Pc(冷凝压力) 2.17Mpa 2.31Mpa 3.38Mpa Pe(蒸发压力) 0.62Mpa 0.64Mpa 1.00Mpa π(压比) 3.50 3.59 3.38 T2(排气温度) 97.2℃ 86.7℃ 95.1℃ Qv(制冷量)% 100 101 141 COP% 100 97 92.5 △T(滑移温度) 0℃ 4.90℃ 0.07℃ 组分 纯工质HCFC- R32/R125/R134a=23/25/52 R32/R125=50/50 　　由表1可知,R407C和HCFC-22有较为相似的热物性和理化、制冷性能,COP比HCFC-22略低3%。但R410A与HCFC-22的热物性和理化、制冷性能差异较大,压力和制冷量均比HCFC-22大。因此,R410A不能象 R407C可以直接充灌(除将矿物润滑油换为POE油或AB油外),必需对压缩机结构进行重新设计、材料应选用强度较高的耐磨材料,空调系统也有较大改动,才能满足R410A制冷剂的特性。R410A的优点是亚共沸混合物,传热性能好,压力损失小,滑移温度非常小。即便在使用过程中制冷剂发生泄漏,成分的变化对性能和维修不会产生影响,可以直接补加R410A制冷剂,不必象R407C要抽空剩余组分再重新加注R407C制冷剂。另外,采用R410A的空调器的热交换器,特别是蒸发器体积可以缩小,降低材料成本。因此,在美国、日本的家用空调倾向采用R410A制冷剂替代HCFC-22。在我国也有几家空调器厂直接上R410A空调器生产线,将R410A空调器做为工质替代的主要研究方向。 3 R410A制冷剂相应的冷冻机油 　　由于R410A等HFC制冷剂分子中不含有亲油性基氯原子的氢氟化碳构成的物质,因此,它不能与以往使用的矿物油亲和,容易产生沉淀堵塞毛细管。所以,要保证冷冻机油与制冷剂良好的相容性,人们大多采用POE油,但经过实践证明,虽然与HFC类制冷剂不相容的AB油,也可使用在HFC类新冷媒空体器系统中,而且具有良好的润滑性、化学稳定性和耐磨性［1］。 我们经过长期试验后证明POE油和AB油均可用于R407C、R410A新冷媒空调器［2］、［3］,例如在日本,日立、松下、东芝就采用POE油,三菱电机采用AB油,三洋、大金甚至采用PVE油。POE油和AB油特性对比如表2。 表2　几种冷冻机油的特性对比 制冷剂 HCFC HFC 冷冻机油 相溶油 非相溶油 矿物油 POE油 AB油 耐水分解性 ○ △ ○ 吸湿性 ○ △ ○ 酸化稳定 ○ ○ ○