船舶行業(yè)吸附式制冷劑回收裝置研究

劉孝剛

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院 動力工程系, 遼寧 葫蘆島 125000)

船舶行業(yè)吸附式制冷劑回收裝置研究

劉孝剛

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院 動力工程系, 遼寧 葫蘆島 125000)

結(jié)合當(dāng)前制冷劑回收存在的問題和HFCs制冷劑使用的現(xiàn)狀，介紹了采用酰胺系高分子材料為吸附劑的制冷劑回收裝置，闡述了運用吸附式制冷劑回收裝置回收R22制冷劑的工作過程，總結(jié)了吸附式制冷劑回收裝置在船舶維修中的應(yīng)用及特點。

制冷劑回收 吸附劑 制冷劑替代 氟利昂 多用

1 前言

當(dāng)前，船舶冷藏設(shè)備除了大型冷藏設(shè)備使用氨制冷劑外, 其他小型空調(diào)設(shè)備和冷藏設(shè)備幾乎都使用氟利昂或氟利昂替代制冷劑。我國遠洋貨輪冷藏量噸位位居世界第一， 民用船舶制冷與冷藏設(shè)備穩(wěn)步上升，我國東南沿海地區(qū)小型船舶空調(diào)使用量為92.6%左右。雖然船舶空調(diào)和船舶制冷設(shè)備所用制冷劑很少, 但使用量巨大，氟利昂制冷劑的隨意排放現(xiàn)象也日益增多，因此研制用于這類產(chǎn)品的船舶用制冷劑回收設(shè)備具有重要意義[1，2]。表1列出了船舶行業(yè)制冷劑的使用現(xiàn)狀與替代情況。

表1 船舶行業(yè)制冷劑的使用現(xiàn)狀與替代現(xiàn)狀

在船舶行業(yè)中，以R12制冷劑為代表的氟利昂制冷劑在船舶制冷裝置中占據(jù)很大比例。從表1可以看出，回收氟利昂制冷劑的工作迫在眉睫，在實際維修過程中，維修人員缺乏回收制冷劑的設(shè)備與相關(guān)技能，隨意排放的現(xiàn)象很常見。從對渤海地區(qū)船舶行業(yè)的市場調(diào)查可以看出，制冷維修人員的制冷劑回收技術(shù)掌握程度不高，回收意識不強，重視程度不夠，缺乏環(huán)保意識，沒有深刻領(lǐng)悟氟利昂制冷劑對大氣層的破壞作用，制冷劑的收集工作也沒有形成強有力的監(jiān)督和法律約束。因此，船舶行業(yè)亟待需要一種方便快捷的制冷劑回收技術(shù)，使之能夠適應(yīng)船舶制冷設(shè)備本身的特點，將制冷劑進行回收處理。

2 制冷行業(yè)維修中常用的制冷劑回收方法

目前常用的制冷劑回收方法都能解決制冷劑進入鋼瓶中壓力急劇升高的問題，然而在實際的操作過程中存在很多問題，如冷卻法中低溫環(huán)境的提供需要一個完整的制冷系統(tǒng)，而在實際維修工作中，制冷劑的回收一般都是在制冷系統(tǒng)停止運行的情況下收集，即使使用本身的制冷系統(tǒng)提供的低溫環(huán)境，也將隨著制冷劑回收的進行，制冷劑不斷減少，冷量不斷降低，從而對制冷劑的收集產(chǎn)生影響[3]。

在實際的制冷劑回收工作中，壓縮冷凝法中冷凝器的選取也存在一定難度。如果采用風(fēng)冷冷凝器，當(dāng)制冷劑蒸汽經(jīng)過風(fēng)冷冷凝器時，制冷劑本身的壓力降不夠，不足以提供冷凝為制冷劑液體所需的壓力，將影響制冷劑的回收效果。如果選用水冷冷凝器，雖然制冷劑回收的效果得到增加，但仍然存在水冷冷凝器的選取問題，由于水冷冷凝器需進行水路循環(huán)，而在一線的維修工作中，維修工人很難實現(xiàn)應(yīng)用水冷冷凝器進行冷凝的操作方法，尤其是在船舶現(xiàn)場工作的環(huán)境中，更是難上加難。

3 吸附式制冷劑回收容器的實驗測試與制冷劑回收裝置

3.1 吸附式制冷劑回收容器的實驗測試與工作過程

在維修實踐中發(fā)現(xiàn)，在耐壓容器內(nèi)填充酰胺系高分子材料對氟利昂制冷劑蒸汽有很強的吸附作用。測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氟利昂蒸汽通過裝有酰胺系的封閉容器時，封閉容器中的酰胺系高分子材料的重量和體積增加了好幾倍，而在大氣中又能恢復(fù)原狀，具有強烈的脫附作用，如果在真空狀態(tài)下，脫附能力和速度將會更快。因此采用酰胺系高分子材料可以初步分離氟利昂蒸汽，然后將濃縮后的蒸汽降溫、凈化、液化、過濾就能再次儲存或利用，只要用簡單的設(shè)備和較少的能耗就能迅速地收集制冷劑，達到制冷劑回收的目的[5]。

圖1 吸附劑制冷劑回收容器圖

因此，利用酰胺系高分子材料對氟利昂制冷劑蒸汽有很強的吸附作用，研究開發(fā)了一種實驗設(shè)備，該實驗設(shè)備可以快速回收多種類型的制冷劑。實驗設(shè)備如圖1所示。實驗過程如下，在一個耐壓箱體內(nèi)填充酰胺系高分子材料，氟利昂鋼瓶與箱體通過管路進行連接，將耐壓箱體放置在一個磅秤上，同時為了消除吸附過程中產(chǎn)生的熱量，在耐壓箱體設(shè)置盤管，盤管內(nèi)的冷卻水可以將熱量及時排出，制冷劑的反應(yīng)熱可充分地散熱，可抑止回收容器的溫度上升。

慢慢地打開氟利昂制冷劑閥門將制冷劑引向裝有酰胺系顆粒的耐壓箱體。此時，回收容器中的吸附劑酰胺系顆粒對氟利昂制冷劑氣體進行吸附，產(chǎn)生的熱量被冷卻盤管中的冷卻水進行充分吸收，放出的熱量能夠及時排出。此時觀察耐壓箱放置在磅秤上的讀數(shù)，總重量為3.25 kg，經(jīng)約2 min的制冷劑回收，系統(tǒng)內(nèi)1 kg制冷劑經(jīng)過回收后，耐壓箱總重量增加0.95 kg，回收率約為95%左右，耐壓箱的壓力表讀數(shù)為0.2 MPa，并沒有引起壓力急劇升高的現(xiàn)象。如果增加氟利昂制冷劑氣體的供給量調(diào)節(jié)為6 L/min，則會加大反應(yīng)熱，放出的熱量很難及時通過盤管的冷卻水帶走，且容易引起壓力急劇上升的現(xiàn)象。所以本裝置適合供給量調(diào)節(jié)為5 L/min以下的制冷劑流量[6]。與氟利昂鋼瓶并聯(lián)的是制冷系統(tǒng)，回收容器還可以直接回收制冷系統(tǒng)中的制冷劑，經(jīng)過干燥過濾器和油分離器將制冷劑凈化后回收到制冷劑回收容器中。

3.2 吸附式制冷劑回收裝置在船舶維修的應(yīng)用

吸附式制冷劑回收裝置采用的回收容器可以很方便的拆卸下來。在對船舶制冷系統(tǒng)進行制冷劑回收時，由于回收容器中的氣體已經(jīng)液化,因此回收容器內(nèi)的壓力比普通的制冷系統(tǒng)內(nèi)的壓力低,制冷系統(tǒng)內(nèi)的氟利昂氣體在高低壓壓力差的驅(qū)動下不斷向回收容器中轉(zhuǎn)移,在吸附作用下被液化。如圖2所示, 為了防止壓力和溫度的急劇升高，回收罐放置在帶有蒸發(fā)器的低溫環(huán)境中，其中回收罐周圍的溫度比制冷劑回收容器的溫度低約8℃～10℃。

圖2 吸附式制冷劑回收裝置

以R22為例, 環(huán)境溫度為22℃時壓力約為912 kPa，12℃時壓力約為687 kPa，說明制冷劑回收容器中的壓力低于回收罐的壓力，壓力差產(chǎn)生的驅(qū)動力會驅(qū)使制冷劑不斷從制冷裝置流入制冷劑回收容器中。如果需要干燥過濾，或者對制冷劑進行冷凍油的分離，可以在上述的制冷劑回收裝置中加裝三通閥門，使制冷劑進入干燥過濾器和油分離器、空氣分離器，同時完成對制冷劑的凈化與回收。表2為吸附式制冷劑回收裝置回收各種制冷劑的回收結(jié)果。

表2 各種制冷劑的實驗回收結(jié)果

4 吸附式制冷劑回收裝置的特點

(1) 便攜式回收容器的使用。在一線回收工作中，只需要攜帶一個回收容器，將制冷劑先回收到制冷劑的回收容器中，避免了維修人員需要攜帶大型制冷劑回收裝置進行制冷劑的回收。

(2) 回收速度快。以功率為800 W的制冷劑回收裝置回收R12制冷劑為例，當(dāng)回收裝置回收制冷劑氣體時，回收速度大約為1.32 kg/min，液態(tài)制冷劑可以達到3.8 kg/min。

(3) 使用安全。用傳統(tǒng)方法對制冷劑進行回收時，制冷劑回收容器內(nèi)的壓力偏高, 尤其是在夏季溫度較高時, 危險性較大。采用吸附劑吸附的方法直接將制冷劑壓入制冷劑容器，由于吸附劑本身的吸附能力和水冷盤管的吸熱作用，使制冷劑回收容器外側(cè)溫度與大氣溫度幾乎相同,用吸附式制冷劑回收裝置回收制冷劑可完全避免壓力升高的危險。

(4) 多用途，可以回收多種制冷劑。可以回收 R-12, R-22, R-134a, R-500, R-502等制冷劑，該裝置既可用于制冷設(shè)備維護人員在裝置修理或報廢時從船舶制冷裝置中抽出制冷劑,也可用于民用和商用的制冷裝置維修中，增加的干燥過濾器、油分離器和空氣過濾器使該裝置具有了制冷劑凈化功能。

5 結(jié)束語

酰胺系高分子材料具有強烈的吸附制冷劑的能力。在當(dāng)前制冷劑回收裝置中，采用吸附式制冷劑的回收方式并不多見。從實驗測試和實驗回收裝置的運行來看，吸附式制冷劑回收在船舶維修中得到了很好的驗證。此外，吸附式制冷劑回收裝置具有安全便捷、靈活小巧、適應(yīng)性廣等優(yōu)點,在船舶維修行業(yè)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 朱明善.21世紀(jì)制冷空調(diào)行業(yè)綠色環(huán)保制冷劑的趨勢和展望[J].暖通空調(diào)，2000，30(2)：23-26.

[2] 劉忠民.R22制冷劑的替代技術(shù)[J].制冷空調(diào)，2001，1(3)：47-53.

[3] 劉孝剛.制冷劑凈化與回收裝置的研制[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，2(10): 53-68.

[4] 王鑫，史琳，朱明善.制冷劑替代物安全性評價的現(xiàn)狀和研究課題[J].暖通空調(diào)，2002；32(2)：38-42.

[5] 陳海軍.吸附制冷用復(fù)合吸附劑的制備及導(dǎo)熱性能強化[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2002.

[6] 上海尚鴻制冷設(shè)備工程有限公司.CPSCR700單回收機操作手冊[S]. 2005.

Research on Adsorption Refrigerating Fluid Recovery Device

LIU Xiao-gang

(Dept of Powertrain, Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao Liaoning 125000, China)

Combining with existing problems of refrigerating fluid and current application situation of HFCs refrigerants, this article introduces a adsorption refrigerating fluid recovery device which adopts PEBAs high polymer material as absorbent, elaborates the working process of recycling R22 absorbent with the device, then summarizes the application and characteristic of the device in ship repairing.

Refrigerating fluid recovery Absorbent Alternative refrigerating fluid Freon Multipurpose

劉孝剛(1978-)，男，講師/工程師。

TB652

B