R290替代R22的解决方案综述及展望_肖庭庭

EEＲ 提 高 约 原 Ｒ22 系 统 的 50% ～ 55% 之 间， 20% 。 Zhou Guobing 等在一台制冷量为 3． 2kW、 EEＲ
［ 11 ］ 为 2． 4 的 Ｒ22 空调器中进行 Ｒ290 替代实验 ， 结 果表明 Ｒ290 最佳灌注量为 Ｒ22 系统的 44% ， 制冷
量较 Ｒ22 降低 4． 7% ～ 6． 7% ， 但 EEＲ 增加 8． 5% 。 上述研 究 表 明， 在 Ｒ22 空 调 器 中 直 接 进 行 Ｒ290 灌注 式 替 代 实 验 时， 制 冷 量 普 遍 降 低， 而 EEＲ 增加， 但如果通过系统优化， 制冷量及性能 系数可以得到保持， 甚至更佳， 且充注量减少过 ， ， 半 排气 温 度 也 更 低 从 性 能 方 面 证 实 了 采 用 Ｒ290 替代 Ｒ22 具有一定的可行性。 3 减少 Ｒ290 制冷剂灌注量的研究
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2015 年第 43 卷第 3 期 右， 具有明显的经济效益和安全效果 。
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王婷婷等采用小管径换热器仿真软件对室内 ［16 ］ 机、 室外机进行优化设计后得出 ， 对于单冷空 5mm 管可以用于冷凝器， 也可以用于蒸发 调器， 器， 但替换原有的 7mm 管空调器需要适当增加管 数；对于冷暖两用空调器， 在设计室外机的时候要 多分流路以控制压降。 高晶丹等主要针对压缩机、 冷凝器、 蒸发器、 节流装置四大部件对采用 Ｒ290 工质的空调器提 出了优化设计原则 ， 其中 Ｒ290 空调器的冷凝 器可采用小管径换热器， 但冷凝器管径减小后， 管
近年来， 国内外学者一直在加紧推进 Ｒ22 的 ［1 ～ 5 ］ ， 替代进程 但由于替代制冷剂各有利弊， 具体 的替代方案始终悬而未决。 在 Ｒ22 的替代方案 Ｒ410A 和 Ｒ290 被 认 为 是 重 要 的 选 择 方 案。 中， Ｒ410A 目前已经被广泛 作为 Ｒ22 的替代制冷剂， 应用于变频空调产品中， 但 Ｒ410A 排气压力大、 GWP （ 全球变暖潜能值 ） 较高， 且价格昂贵， 并不 是 Ｒ22 的完美替代品， 而只被认为是过渡产品。 Ｒ290 无论是从制冷性能还spect of Solution to Ｒ290 as a Substitute for Ｒ22 LI Zhengtao1 ， DONG Hao2 ， CHEN Kun1 ， YU Wenyuan1 ， WANG Yiheng1 XIAO Tingting1 ，
（ 1． University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093 ， China； 2． Intertek Testing Services Ltd． Shanghai， Shanghai 200120 ， China） Abstract： As a both environmental protection and energy saving refrigerant， Ｒ290 ， with the basic conditions to substitute for
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现有 Ｒ22 家用空调采用 Ｒ290 直接灌注替代 后， 灌注量基本上都不符合式 （ 1 ） 的要求， 为提高 安全性， 应尽量减少 Ｒ290 灌注量， 保证即使制冷 剂短时 间 内 全 部 泄 漏 也 不 会 发 生 事 故。 根 据 Corberán J M 等对水—水热泵 Ｒ290 制冷剂充注 ［14 ］ 量优化的研究 ， 制冷剂主要集中在两器中， 部 分存在于压缩机零部件里， 极少部分存在于管路 里， 因此， 下面将通过减小换热器 （ 蒸发器和冷凝 器） 管径 、 采用微通道换热器及优化压缩机零部 件等措施， 以减少灌注量提高 Ｒ290 系统安全性。 3． 1 采用小管径换热器 空调系统制冷剂主要集中在两器中， 少部分 存在于压缩机和管路里， 所以， 采用小管径 （ 管径 ≤5mm） 冷凝器和蒸发器是减少系统灌注量的有 效措施。 （ 1 ） 采用小管径冷凝器 贾庆贤等利用最新研发的 4mm 管冷凝器分 别对分体机进行充注 Ｒ410A 和 Ｒ290 的性能实验
Ｒ22 due to its very close to the basic physical properties such as normal boiling point， freezing point and critical point， has wide application prospects and market value． The promotion and application of Ｒ290 refrigeration products are suppressed because of significant security risks from the explosive mixtures formed with Ｒ290 and air． This paper analyzed the disadvantages of using Ｒ290 to substitute for Ｒ22 and summarized security solutions of Ｒ290 system through the review of both domestic and international investigations on improvement of Ｒ290 refrigeration system． Besides， the development and trend of Ｒ290 is also proposed based on the latest research progresses in the aspects of reducing refrigerant charge， indirect using Ｒ290 as well as adding flame retardants， respectively， with the aim at promoting the use of Ｒ290 in refrigeration products． Key words： Ｒ290 ；security；charge reduction；indirect using；flame retardants；overview and prospect
2015 年第 43 卷第 3 期
文章编号： 1005 － 0329 （ 2015 ） 03 － 0075 － 08
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Ｒ290 替代 Ｒ22 的解决方案综述及展望
1 1 李征涛 ， 董 肖庭庭 ， 2 浩 ， 陈 1 1 1 坤 ， 于文远 ， 王一恒
（ 1． 上海理工大学， 上海 200093 ；2． 上海天祥质量技术服务有限公司， 上海 200120 ） 摘 要： Ｒ290 与 Ｒ22 的标准沸点、 作为一种兼顾环保、 节能的制冷剂， 凝固点、 临界点等基本物理性质非常接近， 具备
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具潜力和优势。李峰等通过在两种流程微通道换 ［23 ］ 热器中的对比实验 ， 发现 Ｒ22 和 Ｒ290 在四流 程中的分配特性明显好于两流程， 蒸发器换热器 量提升 5% ～ 6% ， 系统制热量提高 1． 8% 左右， COP 提高 8% ～ 10% 。由于 Ｒ290 分液特性略好， Ｒ290 的 换 热 量 提 高 幅 度 略 大 于 Ｒ22 ， 且由于 Ｒ290 压降增加更小， 更适合于多流程换热器， 使 得系统 COP 提升更多。 Cavallini A 等对 100kW 采用微通道壳管式换热器的 Ｒ290 热泵机组进行 ［24 ］ 试验， 研究了能效和制冷剂灌注量得出 ， 在不 使用储液器但回热器存在的情况下， 与采用常规 ， 板式换热器相比 采用壳管式微通道换热器可以 将 Ｒ290 灌注量由 3kg 降低到 2． 2kg， 即降低 25% 左右， 而性能变化几乎可以忽略。 为进一步降低 Ｒ290 微通道换热器制冷系统的灌注量， Shao L L ［25 ］ 等建立了 4 种蛇形微通道换热器 ， 研究蛇形流 蛇形管数量和集流管长度对换热量 、 制冷剂 程数、 压降和灌注量的影响， 通过数值模拟和实验数据 对比得出， 微通道换热器集流管长度对制冷剂灌 注量有显著影响， 集流管越短， 制冷剂灌注需求量 越少， 但在综合考虑换热量、 制冷剂压降及灌注量 后， 推荐使用 3 蛇管 4 流程的蛇形微通道冷凝器。 3． 3 优化压缩机零部件 作为制冷系统四大部件之一， 压缩机内分布 ， 的制冷剂也是不可忽略的 可进一步优化压缩机 零部件， 减少压缩机机壳内空腔容积、 减少气液分 ［26 ， 27 ］ ， 离器内容积及优选或者减少润滑油注入量 以减少制冷剂灌注量。 （ 1 ） 减少压缩机机壳内空腔容积 由于具有噪声低、 零部件少、 效率高、 体积小 及重量轻等优点， 滚动转子式压缩机已基本取代 活塞式压缩机广泛应用于小型家用空调系统中 ， 而变频式滚动转子压缩机还具有启动电流小 、 节 能效果显著等优点。但滚动转子式压缩机采取直 接吸气、 间接排气的方式， 压缩机机壳内充满排气 压力下的 Ｒ290 蒸气， 是 Ｒ290 房间空调器的制冷 剂储存量较大的部分， 因此需要根据 Ｒ290 制冷 剂的特性， 进一步研究滚动转子式压缩机的结构 、 内置电机的结构以及它们之间的配合关系 ， 尽量 缩小压缩机机壳内的空腔容积， 以减少 Ｒ290 制 冷剂灌注量。 （ 2 ） 减少气液分离器内容积 气液分离器不仅能防止压缩机液击， 还具有 存储制冷剂和润滑油、 过滤杂物和水分、 缓冲吸气
替代 Ｒ22 的基本条件， 拥有广阔的应用前景和市场价值 。但由于其与空气混合能形成易燃易爆混合物， 存在重大安全隐 患， 抑制了 Ｒ290 制冷产品的推广和应用 。本文通过总结国内外学者对改善 Ｒ290 制冷系统所做的研究， 分析了 Ｒ290 替 代 Ｒ22 存在的弊端， 对提高 Ｒ290 系统安全性的解决方案进行综述， 并根据最新研究， 分别从减少制冷剂灌注量 、 间接使 用 Ｒ290 以及加入阻燃剂方面对今后的研究方向作出展望， 以期推广 Ｒ290 在制冷产品中的使用。 关键词： Ｒ290 ；安全性；灌注量减少；间接使用；阻燃剂；综述及展望 TH138 ；TB6 文献标志码： A doi：10． 3969 / j． issn． 1005 － 0329． 2015． 03． 015 中图分类号：