軌道車輛空調機組換熱器內部清洗方案研究

谷忠凱，李進，曹建，王磊

（1.沈陽地鐵集團有限公司運營分公司，遼寧 沈陽 110000；2.山東朗進科技股份有限公司，山東 濟南 250000；3.沈陽朗進科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

在以氟利昂為冷媒介質的制冷系統中，主要由4大機件組成，即壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器。冷凝器與蒸發器在功能上，都是將溫度不同的流體介質實現相互換熱的設備，因此統稱為換熱器。在軌道車輛空調行業中，多使用翅片管換熱器。

換熱器作為制冷系統中的主要換熱部件，其換熱性能將直接影響整套制冷系統的制冷量。空調管路、換熱器生產焊接過程中本身會產生一些雜質或碳黑，生產前的清洗工藝往往無法徹底清洗干凈，且由于空調機組安裝在開放環境中，環境中的雜質容易進入其中，而在運轉過程中，壓縮機等部件也會因為磨損而產生雜質。隨著空調使用年限的增加，各種雜質會在管路中部分位置聚集而堵塞管路。空調管路一旦堵塞，制冷劑在空調系統中的循環無法順利進行，空調機組的制冷制熱功能將會受到影響，甚至會導致機組故障而停機。因此，對空調管路及換熱器進行清洗顯得尤為重要。當系統出現壓縮機線圈燒毀或冷媒泄漏等情況，換熱器中會殘留大量變質冷凍機油及污物，如焊渣、銅綠、灰塵、溶解水、酸性物質等，針對這種情況，行業中多使用高壓氮氣進行吹除，但由于這些油污有較強的附著性，會以油膜的形式附著在換熱器內壁上，難以完全清除。這些物質會隨壓縮機工作進入壓縮機，從而使壓縮機冷凍機油變質，造成燒毀壓縮機等問題，因此要想徹底解決換熱器內壁污染情況，從經濟角度出發需要一套最佳的清洗方案。

1 空調換熱器清洗技術發展

發展初期，空調管路的清洗采用的方法為機械法，利用清潔球在管路中的運動清洗管道。后來，發展為使用吸出裝置來吸出內部的雜質和污垢，或通過振動的方式清除內部雜質。在專利《空調裝置的內部管道清潔》中提到，空調管道端頭設置吸出裝置，通過吸出空氣的方式清洗管道，雜質隨著吸出空氣從管道壁上脫落，在管道外壁實現分離，從而可以循環利用吸出空氣；汽車空調的清洗則在汽車冷卻系統中安裝震動膠墊，通過震動的形式去除管壁上的污垢，但是該清洗方法難以對非直線管道系統徹底清理，且部分清洗有一定破壞性。

目前階段，考慮到清洗效果，人們多采用化學清洗劑對換熱器進行清洗。化學清洗通常分為循環法和浸泡法，化學清洗是通過采用化學藥劑的作用，使被清洗設備中的沉積物稀釋溶解、疏松、脫落或剝離。循環法則是一種使用最為廣泛的方法，利用清洗劑水槽和循環水泵等設備，形成閉合回路來清洗管路，沉積層等不斷受到新鮮清洗液的化學作用和沖刷作用而溶解和脫落。浸泡法適用于一些難以清洗的制冷設備，這些設備不適合采用循環法，主要采用浸泡的方法對系統管路進行清洗。

考慮到經濟性和清洗效率，軌道車輛空調換熱器多采用循環法進行換熱器清洗。首先是將空調系統中的冷媒回收，然后利用特殊的清洗液進行清潔，冷媒回收充注機和空調清洗機是獨立的2種設備，本文主要針對使用清洗劑清洗空調換熱器的方案及最終的清洗效果進行探討研究。

2 清洗方案

2.1 工作原理

通過利用R141b清洗劑的特性，搭建完整的循壞清洗系統，對換熱器內壁進行循環沖洗，使油污等污物溶解在清洗劑中，通過自吸泵帶動制冷劑的流動將包含雜質在內的異物沖出換熱器，再經由水箱的過濾層過濾，往復循環沖洗，可將污染的換熱器管路內壁進行徹底清潔。

2.2 設備

表1 相關設備

2.3 材料與耗材

表2 相關材料與耗材

2.4 R141b清洗劑的特點

R141b是一種高純度無色透明液體，無異臭，其特點如下。

（1）溶解性：高的KB值，具有選擇性的溶解性，使油污極易溶解。

（2）滲透性：低的表面張力，具有極高的流動性。

（3）可靠性：對各種材料有很高的適應性。

（4）速干性：優良的干燥性，不易出現斑點等。

（5）節能性：較低的沸點，較低的汽化熱，易揮發無殘留。

（6）安全性：沒有閃點，屬于非可燃性液體，安全可靠。

（7）再生性：可通過蒸餾再生，大幅度減少工業廢物量。

3 操作流程

3.1 準備階段

（1）將待清洗內壁的換熱器，先進行表面清潔。

（2）將清洗所用的相關設備，利用軟管逐一進行連接。自吸泵出液端接入待清洗換熱器的進口，出端接入過濾循環水箱，過濾循環水箱的出端接入自吸泵的進液端。并檢查清洗管路的氣密性良好，如圖1所示。

圖1 設備連接圖

（3）取適量的R141b清洗劑，倒入循環水箱內。

3.2 清洗階段

（1）接通自吸泵電源，打開開關。

（2）觀察清洗系統管路有無泄漏情況，如有，進行問題查找，重新連接。

（3）使清洗系統循環約30min，每隔5min觀察1次過濾水箱中清洗劑的顏色，待清洗劑顏色無明顯變化后，關閉電源。

（4）將過濾水箱中的清洗劑倒入回收桶內。

（5）重新倒入干凈的清洗劑，并重復上述操作，直至過濾循環水箱中的清洗劑顏色透明無雜質為止。

（6）將使用后的清洗劑沉淀、過濾后，重復利用。

（7）將清洗后的換熱器拆下，利用高壓氮氣將換熱器中殘留的清洗劑進行吹除。

（8）將換熱器放入烘干房進行烘干。

4 清洗效果

在清洗過程中，油污等雜質溶解在清洗劑中，隨清洗劑循環排出換熱器內壁。筆者選取了2臺軌道車輛空調機組進行換熱器清洗，并對清洗前后清洗劑的渾濁程度，以及空調的制冷能力進行對比。

清洗前后清洗劑的渾濁程度，如圖2所示。

圖2 清洗劑前后對比圖

在對使用后的清洗劑進行沉淀處理的過程中，可看出換熱器內的雜質主要為油污以及銅綠，如圖3所示。

圖3 清洗出的污物

清洗前后換熱器管口的清潔情況，如圖4所示，可看出清洗后，換熱器管口的清潔程度有較大改善。

圖4 換熱器清洗前后對比

將換熱器清洗前后的空調機組安裝入焓差實驗室中，通過焓差試驗對比制冷量數據如下表3所示，清洗后空調制冷量提升了4%左右。

表3 清洗前后制冷量對比

5 結語

在軌道車輛空調行業中，多使用全封閉渦旋壓縮機制冷系統，在系統制造及維修過程中，會產生制冷系統管路內部污染，換熱器內部存在大量殘留臟污的情況，如不及時處理，將影響整套制冷系統正常工作。

在以往的維修過程中，對這些問題大多數僅用高壓氮氣進行吹除，不能徹底清除臟污，而更換整套換熱器，又存在較高成本問題。使用清洗劑進行循環清洗的方案，不僅清理效果好，提高了老舊空調換熱器的換熱性能，試驗數據表明可提升4%左右，同時也比更換換熱器的方案更加經濟。