R290制冷劑在商用冷柜上的應用研究

摘 要：在商用冷柜中的小型全封閉系統中已經開始使用并推廣R290制冷劑。R290制冷劑具有良好的環保性能，在商用冷柜中應用R290制冷劑能夠取得良好的應用效果，但也要注意R290制冷劑具有易燃性。本文在對R290制冷劑的應用特性進行分析的基礎上，對R290制冷劑的商用冷柜上的應用進行了簡要的分析。

關鍵詞：商用冷柜;R290制冷劑;安全

R290制冷劑是一種環保制冷劑，具有良好的環保性能。商用冷柜中應用R290制冷劑能夠減少制冷劑對環境的污染，在減少溫室效應方面具有非常積極的意義。但是在應用的過程中也要對其進行科學的設計，提高R290制冷劑在商用冷柜中應用的安全性。

1 R290制冷劑的應用特性

1.1 R290制冷劑的工作壓力 R290制冷劑在50℃冷凝時的工作壓力為R404A的74%，比R134a高30%。在零下25℃蒸發時R290制冷劑的工作壓力為R404A的81%，比R134a高90%。因此在設計蒸發器時可以參考R404A。R290制冷劑與原系統中的R404A在管路耐壓能力方面的要求沒有較大的區別。根據以往的經驗，蒸發器的耐壓要求為36.8bar，鍍鋅鋼管的壁厚為0.7mm可以滿足該條件。因此要滿足冷凝器的要求可以選擇壁厚為0.71mm的鍍鋅鋼管[1]。

1.2 充注制冷劑 在冷凝器和蒸發器不變的前提下，與傳統的R404A或者R134a制冷劑相比，R290制冷劑的充注量僅為傳統制冷劑充注量的40%左右。R290制冷劑在單個制冷循環中的充注量不得高于150g，在設計上應該進行一定的調整。例如減小蒸發器的容積、提高蒸發器的換熱效率;縮短冷凝器長度、提高冷凝器換熱效率;減小冷凝管路內徑等。這樣一來R290制冷劑在商用冷柜中的灌注量能夠達到130g。

2 R290制冷劑在商用冷柜上的具體應用

2.1 選擇合適的材料 R290制冷劑屬于碳氫制冷劑的一種，與礦物油和聚酯類油具有較高的互溶性。當前一些企業所生產的R290壓縮機中應用了聚酯類油，但由于沒有活性化學物質進入制冷回路，產生特定問題的概率很小。雖然R290制冷劑很少發生材料兼容性問題，但一些特殊環保塑料、塑料和橡膠中已經發現了兼容性的問題，然而在小型全封閉系統中發生類似問題的概率較小。R290與CSM、EPDM、自然橡膠、丁基橡膠均無兼容性。分子篩是小型商用冷柜中常用的干燥劑，在使用R290制冷劑時可以使用XH7、XH11、XH9型號的制冷劑分子篩。

2.2 選擇制冷系統的節流裝置 商用冷柜屬于一種小型商用制冷設備，因此普遍地使用毛細管節流。在商用冷柜中應用R290制冷劑也可以使用毛細管節流，并且應用與R404A 系統一樣的流量即可。以丙烷的制冷特性為依據，適當的回氣過熱會使系統的制冷效率得到提高。回氣管和毛細管需要進行換熱，可以參照R404A系統來進行具體結構的設計。根據實驗發現，如果要使用R290系統來替代原有商用冷柜中的R404A 系統，可以直接使用原制冷系統中的主要零部件[2]。

2.3 提高R290制冷劑應用中的安全性 在安全分類中，R290制冷劑屬于a3級，也就是無毒或低毒性，然而R290制冷劑的易燃性較高。最低著火點為470℃，爆炸上限為9.5%，爆炸下限為2.1%，具有一定的危險性。

在廣泛的濃度范圍之內R290制冷劑都具有可燃性，在生產和使用商用制冷柜時要進行一定的安全防范。在同時滿足兩個基本條件的情況下R290制冷劑就會發生事故：第一，具有足夠溫度或者能量級別的燃燒源;第二，在與空氣混合的過程中R290制冷劑形成了易燃混合物，其濃度比例在爆炸上限和爆炸下限之間。為了避免發生安全問題必須保障不會同時滿足這兩個條件，因此必須實行一定的安全措施。

2.3.1 避免或減少制冷劑的泄漏。①必須使用滿足耐壓要求的管路，系統低壓端必須耐受甲烷20℃飽和壓力的5倍，也就是36.8bar，系統高壓段必須耐受甲烷70℃飽和壓力的3.5倍，也就是87bar[3]。②盡量減少管路設計中的焊點，從而使焊漏的概率得以減小。③盡量減少制冷劑的充注量。④如果灌注量超過了150g，則可以對制冷系統進行分解，使其成為獨立的小系統，而每個小系統的灌注量都不高于150g。⑤避免蒸發器中具有裸露的發泡層。當管路泄漏時泄露的速度也會得到減緩，避免發生爆炸事故。

2.3.2 避免泄漏的制冷劑發生聚集。為了避免制冷劑泄漏之后發生聚集而引起爆炸，應該在風機、強冷凝器、壓縮機等附件的底部設置一些通風孔。這是由于空氣的平均分子量是29kg/kmol，丙烷的平均分子量是44.1kg/kmol，因此空氣的密度小于丙烷。該空間內發生丙烷泄漏時，在重力的作用下通過通風孔丙烷會流出冷柜。由于冷柜外具有較大的空間，丙烷的濃度會得到降低，避免發生爆炸事故。

2.3.3 避免出現點火源。①必須密封所有具有觸點閉合—斷開功能的開關，例如繼電器、熱保護器、座機啟動器、化霜定時器、開關、溫度控制器等，一旦產生電火花要避免泄漏的丙烷與之發生接觸而產生燃燒。②在必須使用開關時使用半導體開關，減少電火花出現的概率。③在與制冷系統一起的風機出現堵轉時保障其不會出現火花。④根據GB4706.13的要求設置燈座和電氣接頭，避免出現火花。

2.3.4 做好用戶指導。在商用冷柜中應用R290制冷劑應該增加相應的警告和信息。

①不要使用刀具進行除霜，避免弄破管路而造成制冷劑泄漏，導致發生火災，并配有相應的圖畫。②在商用冷柜的顯著部位標注“使用冷柜至少需要1立方米的空間”。③在商用冷柜的顯著部位張貼易燃黃色標貼警告，要求使用時遠離火源。

3 結語

本文簡要介紹了R290制冷劑的特性，以及R290制冷劑的商用冷柜中的具體應用。商用冷柜應用R290制冷劑之后耗電量降低10%、制冷深度降低1度，在嚴格按照相應的工藝流程、設計規范進行設計和制作的基礎上，R290制冷劑具有較高的安全性。

參考文獻：

[1]宋傳友.不凝性氣體對R290制冷系統的影響[J].制冷與空調，2012（06）.

[2]何廣.R290制冷劑在商用制冷柜領域的應用與研究[J].中國新技術新產品，2014（07）.

[3]張守信，張明杰，付裕.R290作為家用空調制冷劑的研究[J].日用電器，2010（01）.