第１１卷第６期 剜垮 室谰 ４９—５２ ２ ０ １ １年１ ２月 ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ—ＣＯＮＤＩＴ１０ＮＩＮＧ Ｒ４０４Ａ在涡旋式冷凝机组中替代Ｒ２２的试验研究 刘光华安宝柱 （大连三洋压缩机有限公司） 摘 要 在理论分析Ｒ４０４Ａ和Ｒ２２物性的基础上，对Ｒ４０４Ａ在高温涡旋式冷凝机组中替代Ｒ２２进行试验 研究。研究结果表明，适用Ｒ２２的机组更换高压压力开关、压缩机冷冻油、干燥过滤器和视液镜、热敏继电 器后，充注Ｒ４０４Ａ制冷剂，机组能够正常运转。同时发现蒸发温度和环境温度对Ｒ４０４Ａ机组的制冷量、 ＣＯＰ的影响比对Ｒ２２的影响更大，对输入功率、电流、排气温度和排气压力的影响与对Ｒ２２的影响相对接 近；相同结构配置机组，Ｒ４０４Ａ制冷剂的充注量比Ｒ２２的大，制冷剂充注量的增加与理论质量流量增加的 比例不同。 关键词Ｒ４０４Ａ；Ｒ２２；涡旋；制冷剂；冷凝机组 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ４０４Ａ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇ Ｒ２２ ｉｎ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｕｎｉｔ Ｌｉｕ Ｇｕａｎｇｈｕａ Ａｎ Ｂａｏｚｈｕ （Ｄａｌｉａｎ ＳＡＮＹＯ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔａｋｅｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒ４０４Ａ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇ Ｒ２２ ｉｎ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒ— ａｔｕｒｅ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｕｎｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｒ２２ ｕｎｉｔ ｃａｎ ｏｐｅｒａｔｅ ｎｏｒｍａｌｌｙ ａｆｔｅｒ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｔｃｈ，ｏｉｌ，ｆｉｌｔｅｒ—ｄｒｉｅｒ， ｓｉｇｈｔ ｇｌａｓｓ，ｔｈｅｒｍａｌ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｌａｙ，ａｎｄ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ Ｒ４０４Ａ．Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒ— ａｔｕｒｅ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｈａｖｅ ｍｏｒｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ＣＯＰ ｏｆ Ｒ４０４Ａ ｕｎｉｔ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ Ｒ２２ ｕｎｉｔ，ａｎｄ ｎｏ ｍｏｒｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｉｎｐｕｔ ｐｏｗｅｒ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｄｉｓ— ｃｈａｒｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ４０４Ａ ｕｎｉｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ２２ ｕｎｉｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇ— ｅｒａｎｔ ｃｈａｒｇｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｏｍ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ Ｒ４０４Ａ；Ｒ２２；ｓｃｒｏｌｌ；ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ；ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｕｎｉｔ 冷冻冷藏技术在工商业中应用非常广泛，如 超市陈列柜、冷库、厨房设备、冷冻车船等。目前 国内市场上销售的冷冻冷藏用制冷机组主要采用 Ｒ２２制冷剂。鉴于保护臭氧层的国际协议和全球 环保意识的进一步提高，许多发达国家均加快了 究表明，对Ｒ２２机组稍加改动，直接充注Ｒ４０４Ａ 制冷剂，机组能够正常运转。然而这些研究都是 针对大型压缩机和压缩机组的低温工况，对于小 型高温涡旋式冷凝机组的研究很少，而且对更换 哪些零部件没有明确。笔者在现有Ｒ４０４Ａ替代理 论研究的基础上ｌ】 ，以大连三洋压缩机有限公司 Ｒ２２替代的步伐，中国也在加快淘汰Ｒ２２。 是否能够应用现有的Ｒ２２机组，更换一部分 零件后采用Ｒ４０４Ａ？张华俊等对半封闭活塞式制 生产的涡旋式冷凝机组作为测试样机，进行试验 分析。 １基本物性比较 冷压缩机应用Ｒ４０４Ａ与Ｒ２２在低温工况下进行 了对比试验研究ｌ１］，刘艳丽等对Ｒ４０４Ａ在螺杆式 制冷机组中替代Ｒ２２的性能进行研究＿２］。这些研 收稿日期：２０１１—０３一叭 Ｒ４０４Ａ和Ｒ２２的基本物性如表１所示。 从表１可以看出： 作者简介：刘光华，本科，工程师，主要从事制冷剂替代研究。 艄洚 室调 第１１卷 表１ Ｒ４０４Ａ和Ｒ２２基本物性比较 １）Ｒ４０４Ａ的沸点比Ｒ２２低５．６６℃，在相同 的压力条件下，Ｒ４０４Ａ能够达到更低的蒸发温度； 相同蒸发温度条件下，Ｒ４０４Ａ的工作压力更高。 因此，要保证Ｒ４０４Ａ与Ｒ２２相同的蒸发温度范 围，需提高高压压力开关的动作值，以满足Ｒ４０４Ａ 的压力运行范围。 ２）Ｒ４０４Ａ与Ｒ２２适用的冷冻油不同。Ｒ２２ 制冷剂适用的冷冻油是矿物油，它不溶于Ｒ４０４Ａ， 须将冷冻油更换为ＰＯＥ油。Ｒ２２机组配套的液管 干燥过滤器为８０ 分子筛和２０ ９／６活性铝的固体滤 芯。活性铝是为了满足矿物油需要吸酸的要求， 但是会消耗合成油（ＰＯＥ）中的添加剂＿７］，所以干 燥过滤器的滤芯需要更换为１００ 分子筛的滤芯。 ３）Ｒ４０４Ａ的水溶解性比Ｒ２２低５８ ，表现为 系统更低含水量的要求。系统中的含水量过多会 导致“冰堵”和镀铜腐蚀。Ｒ２２的视液镜不能满足 Ｒ４０４Ａ的含水量指示要求，须更换。 ４）Ｒ４０４Ａ的临界温度比Ｒ２２的低２４．１３℃， 使得Ｒ４０４Ａ机组的排气温度比Ｒ２２机组的低。 ２测试装置和测试样机 试验测试采用第二制冷剂量热器法，试验台 按照ＧＢ／Ｔ ２１３６３－－２００８｛容积式制冷压缩冷凝机 组》的要求搭建。 测试样机为大连三洋压缩机有限公司生产的 型号为ＯＣＵ—Ｓ４００ＨＦＪ的涡旋式冷凝机组，流程图 如图１所示。 机组使用Ｒ２２制冷剂，压缩机排量为 ６６．７ ｃｍ３／ｒ，工作电源电压３８０ Ｖ，频率５０ Ｈｚ，未 采用降低排气温度的喷液等措施，适用蒸发温度 范围为１０～一１０℃。 Ｒ２２试验后更换机组高压压力开关、压缩机 冷冻油、干燥过滤器和视液镜，充注Ｒ４０４Ａ制冷剂 进行测试。试验工况为：蒸发温度１０～一２０℃， 环境温度３２℃和４３℃，吸气温度１８℃。 １．吸气截止阀；２．气液分离器；３．压缩机；４．高压压力开关 ５．单向阀；６．冷凝器；７．储液器；８．辅阀；９．干燥过滤器； １Ｏ．视液镜；１１．供液截止阀。 图１测试样机流程图 ３试验结果及分析 在上述试验系统中，环境温度３２℃和４３℃， 蒸发温度１０，５，０，一５，一１Ｏ，一１５，一２０℃。 ３．１ 制冷量、输入功率、ＣＯＰ和电流变化情况 比较 从图２的比较数据来看，在蒸发温度１０～ １０℃范围内，随着蒸发温度和环境温度的降低， Ｒ４０４Ａ／Ｒ２２的制冷量和ＣＯＰ显著提高，制冷量的 提高范围为一５ ～２３ ，ＣＯＰ的提高范围为 １４ Ｚｏ～１４ 。蒸发温度和环境温度对Ｒ４０４Ａ的 Ｏ影响更大，环境温度３２℃，蒸发温度一１０℃时提 高最大，制冷量提高约２３ ，ＣＯＰ提高约１４ 。 １．３ １．２ １０ 蒸发温度／℃ ——◆一环温３２℃制冷量——▲ｒ一环温３２℃ｃ０Ｐ ——－一环温３２℃输入功率－・◇一环温４３℃制冷量 ［＝｝一环温４３℃输入功率－一 一环温４３℃ｃＤＰ ・－ｊｌｃ・・环温４３℃电流 图２制冷量、输入功率、０９Ｐ和电流的变化比较 第６期 刘光华等：Ｒ４０４Ａ在涡旋式冷凝机组中替代Ｒ２２的试验研究 Ｒ４０４Ａ的输入功率和电流也提高，但随蒸发温度 和环境温度的变化不显著，约提高１Ｏ ～１５ 。 另外，除了环境温度４３℃，蒸发温度１０℃ 工况条件外，Ｒ４０４Ａ的制冷量均比Ｒ２２的高，冷 冻能力可以满足现有Ｒ２２应用条件下的设备选 型要求，但由于制冷量和输入功率均提高，在蒸 发温度一５℃以下工况，Ｃ０ｌＰ才比Ｒ２２高。为了 保证更节能，应尽量将冷凝机组置于通风良好、 背光的较低环境温度位置，以降低冷凝机组的耗 电量。 ３．２热敏继电器的更换 试验过程中，在环境温度４３℃，蒸发温度１０ ～一１５℃条件下，机组不能正常运转。原因是 Ｒ４０４Ａ机组电流的提高，导致原适用Ｒ２２的电气 保护原件热敏继电器过电流动作。更换热敏继电 器，提高动作电流值后，机组正常运转。 ３．３排气温度、排气压力和蒸发温度范围的比较 由图３可以看出，Ｒ４０４Ａ的排气温度比Ｒ２２ 的低。蒸发温度越低，Ｒ４０４Ａ相对Ｒ２２的排气温 度降低越多。在蒸发温度１０～一１０℃范围内，排 气温度比Ｒ２２低１５￣２７℃，Ｒ４０４Ａ机组在环境温 度４３℃条件下的排气温度甚至比Ｒ２２机组在环 境温度３２℃条件下的更低。 ｐ ＼ 赠 蒸发温度／℃ 图３ １１４０４和１１２２排气温度的比较 在不采用喷液等降低排气温度措施的情况 下，高温机组的最低蒸发温度往往受限于排气温 度。一般压缩机厂家对排气温度的要求为１３０℃ 以下。本试验表明，涡旋式全封闭机组在蒸发温 度一１０℃时的排气温度达到１２９．３℃，接近排气 温度极限；而Ｒ４０４Ａ在蒸发温度一２０℃时的排气 温度为１２３．２℃，仍然可以正常运行。 图４表明Ｒ４０４Ａ的排气压力比Ｒ２２的高。 蒸发温度和环境温度越低，Ｒ４０４Ａ相对Ｒ２２的排 气压力提高越明显。在环境温度３２℃／４３℃，蒸 发温度１０～一１０℃范围内，Ｒ４０４Ａ排气压力提高 约２５ ～３２ 。 蒸发温度／℃ 图４ Ｒ４０４Ａ和１１２２排气压力的比较 由于蒸发温度越高排气压力越高，机组的最 高蒸发温度受限于排气压力。排气压力主要受环 境温度和冷凝器换热量的影响。为保证安全性， 一般规定压缩机的最高排气压力对应饱和温度在 ６０℃以下。本试验在相同的环境温度要求条件 下，配置同一冷凝器，Ｒ４０４Ａ和Ｒ２２最高排气压力 对应冷凝温度分别为５９℃和５７℃，在使用范围 内。Ｒ４０４Ａ的排气压力高，但是其冷凝温度与 Ｒ２２相差不多。 综上，蒸发温度范围为１０～一１０℃的Ｒ２２机 组，替换为Ｒ４０４Ａ，蒸发温度范围为１（）～一２（）℃。 ３．４制冷剂充注量 试验过程中，Ｒ２２的制冷剂充注量为６ ｋｇ。 充注的标准是机组在最高蒸发温度１０℃条件下 运行时视液镜没有气泡。在进行Ｒ４０４Ａ试验时 直接充注６ ｋｇ，发现视液镜内有气泡，并出现了 工况波动，如图５所示。此现象表明Ｒ４０４Ａ充注 量不足，继续充注制冷剂至视液镜内气泡消失。 最终Ｒ４０４Ａ的充注量为６．８ ｋｇ，比Ｒ２２多充 １３ ，此时工况稳定，机组正常运转。 篓 图５充注６ ｋｇＲ４０４Ａ的工况波动 ・５２ ・ 剖痔 室谰 第１１卷 计算Ｒ４０４Ａ和Ｒ２２在蒸发温度１０℃，吸气 温度１８℃时的质量流量，得出此工况下Ｒ４０４Ａ 是１０～一１０℃的Ｒ２２机组，替换为Ｒ４０４Ａ后蒸 发温度范围为１０～一２０℃。 ４）Ｒ４０４Ａ的排气压力比Ｒ２２高，但其对应的 饱和温度与Ｒ２２相差不大，略高。 ５）相同结构配置，Ｒ４０４Ａ机组的制冷剂充注 的理论质量流量比Ｒ２２的大４２ ，说明制冷剂的 充注量并不是与理论质量流量成相同比例增 加的。 ４结论 量更大，制冷剂充注量的增加与理论质量流量增 加的比例不同。 参考文献 ［１］张华俊，陈伟，李勇，等．半封闭活塞式制冷压缩机低 温工况应用Ｒ４０４Ａ的试验研究［Ｊ］．制冷与空调， ２００７，７（３）：７１—７４． 笔者分析了Ｒ４０４Ａ和Ｒ２２的物性，并对 Ｒ４０４Ａ在高温涡旋式冷凝机组中替代Ｒ２２进行了 试验研究，得出以下结论： １）Ｒ２２机组更换高压压力开关、压缩机冷冻 油、干燥过滤器和视液镜、热敏继电器后，充注 Ｒ４０４Ａ制冷剂，机组能够正常运转。 ２）蒸发温度和环境温度对Ｒ４０４Ａ机组的制 冷量、排气压力和Ｃ０ｌＰ的影响比Ｒ２２的更大，对 输入功率、电流和排气温度的影响与Ｒ２２比较接 近。在蒸发温度１０～一１０℃范围内，随着蒸发温 度和环境温度的降低，Ｒ４０４Ａ／Ｒ２２的制冷量和∞Ｐ 显著提高。Ｒ４０４Ａ相对Ｒ２２的制冷量提高一５ ～［２］刘艳丽，周海峰，王智明．Ｒ４０４Ａ在螺杆制冷机组中 替代Ｒ２２性能研究口］．低温工程，２００５（４）：５６—６０． ［３］曹峰，陈芝久，赵熏．制冷系统中替代技术综述［Ｊ］．制 冷与空调，２００２，２（１）：６１－６３． ［４］ 袱春干．Ｒ４０４Ａ在我公司冷冻机上的使用情况［Ｊ］．低 温与特气，２００１，１９（５）：３５—３６． ［５］蒋能照，翁文兵，万立波，等．法国泰康商用风冷冷凝 机组用Ｒ４０４Ａ替代Ｒ５０２的应用研究［Ｊ３．制冷学报， １９９６（３）：５８－６３． ２７ ；ＣＯＰ提高一１４ ～１４ ９／６；输入功率和电流 提高１０ ～１５ ；排气压力提高约２５ ～３２ ；排 气温度低１５￣２７℃。 ［６］赵志剐，周彬彬，张超甫，等．Ｒ４０４Ａ制冷剂在商用制 冷设备中的应用分析口］．制冷，２００６．２５（４）：７６－８０． ［７］ＤＡＮＦＯＳＳ．商业制冷及空调系统配件．２００９：９０—９６． ３）Ｒ４０４Ａ比Ｒ２２的排气温度低，排气压力 高。在不采用喷液措施的条件下，蒸发温度范围 宣ｋｒｊ ， ｝夸；亭夸 ｌ窖 ｊ ｊ —９ 业 业’ ＿｝ ，ｊ妊，夸ｋ 童 夸 夸 夸 ｊ ｊ Ｉ ｊ ９ — 业 奎妊 Ｉ Ｉ｝ Ｉ窖 业 （下接第５６页） ［１５］谢英柏，刘春涛，论立勇．碳氢化合物在复叠式制冷 循环中的热力学分析与比较［Ｊ］．流体机械，２００７，３５ （１０）：７５—７８． ［１９］ 田贯三，马一太，杨昭．含有阻燃组元的可燃制冷剂 爆炸极限的研究［Ｊ］．爆炸与冲击，２００３，２３（３）： ２２５－２２９． ［１６］Ｍｏｈａｎｒ￣Ｍ，Ｓ Ｊａｙａｒ￣，Ｃ Ｍｕｒａｌｅｅｄｈａｒａ Ｃｏｍｐａｒａ— ｔｉｖｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ ［２０］ 田贯三，马一太，杨昭．可燃制冷剂爆炸极限及抑制 的理论与实验研究［Ｊ］．山东建筑工程学院学报， ２００１，１６（２）：５８＿６３． ｔｏ Ｒ１３４ａ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｆｆｉ— ｃｉｅｎｃｙ，２００８，１（３）：１８９—１９８． ［２１］ 邸倩倩，吴晋湘，王恩宇．可燃制冷剂泄漏燃烧的数 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