電冰箱安全標準GB 4706.13-201X草案對跨臨界制冷系統(tǒng)的特殊要求

吳曉麗 蔡寧 蔣皓靜

（中國家用電器研究院 北京 100053）

1 前言

隨著全球環(huán)保意識的不斷增強,尋找新的環(huán)境友好型天然制冷劑,替代對臭氧層有破壞作用并能產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CFCs、HCFCs制冷劑成為當前急需解決的問題。CO2是一種天然工質(zhì)，既不破壞臭氧層，溫室效應(yīng)又低，而且無毒、不可燃，并具有單位容積制冷量高等優(yōu)點，隨著近幾年跨臨界制冷系統(tǒng)的發(fā)展，二氧化碳作為天然制冷劑又重新被應(yīng)用到制冷器具當中。但由于CO2工質(zhì)的高臨界壓力和低臨界溫度特性，其運行壓力將高于傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和部件提出更高的要求來保證其安全運行。

現(xiàn)行的GB 4706.13-2008《家用和類似用途電器的安全制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》標準中并沒有專門的內(nèi)容來考核跨臨界制冷系統(tǒng)的安全性能，考慮到這一點，我們在正在修訂的GB 4706.13-201X草案中增加了針對跨臨界制冷系統(tǒng)尤其是CO2跨臨界制冷系統(tǒng)的相應(yīng)考核內(nèi)容，來保證跨臨界制冷系統(tǒng)的安全性能。

2 標準制定原則及安全要求

2.1 標準制定原則

在跨臨界制冷系統(tǒng)滿足GB 4706.13現(xiàn)行標準安全要求的同時，又針對跨臨界制冷系統(tǒng)自身的特點，制定了一些特殊的要求。

跨臨界制冷系統(tǒng)與非跨臨界制冷系統(tǒng)相比，主要存在如下差異：

1）跨臨界循環(huán)。跨臨界制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)處于超臨界狀態(tài)，低壓側(cè)處于亞臨界狀態(tài)，而常規(guī)的制冷系統(tǒng)高、低壓側(cè)均處于亞臨界狀態(tài)；

2）運行壓力高。如表1所示，跨臨界CO2制冷系統(tǒng)高壓側(cè)最高允許壓力可達14MPa，而非跨臨界制冷系統(tǒng)既使壓力較高的R410A，高壓側(cè)最高允許壓力一般不超過4.6MPa。運行壓力過高，使得壓縮機、冷卻器、連接管路等部件要處于高壓下工作，而且加大了制冷劑外泄的可能性，因此，對設(shè)備的力學性能、制作工藝等都提出了更高的要求。

3）排氣溫度高?？缗R界制冷系統(tǒng)的排氣最高溫度范圍可達125℃-164℃，而非跨臨界制冷系統(tǒng)使用的壓縮機最高排氣允許溫度一般不高于125℃；

4）雙級壓縮系統(tǒng)。由于跨臨界制冷系統(tǒng)的運行壓力高，雖然壓縮比不大，但高、低壓側(cè)的壓力差較大，部分系統(tǒng)采用雙級壓縮措施。因此確定壓力安全措施時，需要考慮中壓側(cè)壓力安全問題。

針對上述差異，在GB 4706.13的修訂稿中分別從定義、標志和說明、結(jié)構(gòu)、元件等章節(jié)增加了相應(yīng)的內(nèi)容來考核跨臨界制冷系統(tǒng)。

2.2 標準安全要求

2.2.1 定義

定義中給出了跨臨界制冷系統(tǒng)、氣體冷卻器、設(shè)計壓力、爆破片、壓力釋放裝置等一系列與跨臨界制冷系統(tǒng)相關(guān)的定義。

跨臨界制冷系統(tǒng)最大的特點就是工質(zhì)的吸、放熱過程分別在亞臨界區(qū)和超臨界區(qū)進行。壓縮機的吸氣壓力低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度也低于臨界溫度，循環(huán)的吸熱過程仍在亞臨界條件進行，換熱過程主要依靠潛熱來完成。但壓縮機的排氣壓力高于臨界壓力，工質(zhì)的冷凝過程與亞臨界狀態(tài)完全不同，換熱過程依靠顯熱來完成。因此高壓側(cè)的換熱器被稱作氣體冷卻器，在氣體冷卻器中，二氧化碳工作在超臨界狀態(tài)，始終處于氣態(tài)，并不發(fā)生一般冷凝器中的冷凝液化過程。受二氧化碳物性的制約，空氣冷卻器中制冷劑側(cè)壓力很高。設(shè)計壓力為制冷系統(tǒng)高壓側(cè)的儀表壓力；壓力釋放裝置是跨臨界制冷系統(tǒng)中當壓力過高時自動釋放壓力的安全裝置，爆破片是壓力釋放裝置的一種。

表1 制冷劑高低壓側(cè)最大允許壓力及壓縮機最小試驗壓力

2.2.2 標志和說明

清晰明了的標志說明對安全尤為重要，尤其對使用者或相關(guān)的安裝、維修人員可以起到提醒、警示的作用。因此，新的標準草案中針對跨臨界制冷系統(tǒng)的壓力過高的特點而要求在器具、銘牌和說明書上提供相應(yīng)的警示語，具體如下：

1）對跨臨界制冷系統(tǒng)中使用R744的器具應(yīng)在器具上以及說明書中標明下述內(nèi)容：“警告：制冷系統(tǒng)包含高壓狀態(tài)的制冷劑。不得破壞制冷系統(tǒng)。系統(tǒng)的維修必須由專業(yè)人員來進行?！?/p>

2.2.3 結(jié)構(gòu)

為了確?？缗R界制冷系統(tǒng)在系統(tǒng)出現(xiàn)異常高壓時能夠通過正常釋放二氧化碳來確保系統(tǒng)的安全，而對采用跨臨界制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提出了新的要求。

表2 最小測試壓力

1）要求在制冷系統(tǒng)的高壓側(cè)，壓縮機上或壓縮機與氣體冷卻器之間應(yīng)裝有一個壓力釋放裝置，且在壓縮機與壓力釋放裝置之間除了管道外不應(yīng)有導(dǎo)致壓力降低的斷開裝置或元件。

2）為保證壓力釋放裝置能夠正常工作，應(yīng)滿足如下條件：

a)壓力釋放裝置應(yīng)安裝在釋放制冷劑時不會對使用者造成危害的位置，孔徑應(yīng)確保正常使用中不被堵塞；

b)壓力釋放裝置不能被用戶設(shè)置；

c)壓力釋放裝置不應(yīng)高于高壓側(cè)的設(shè)計壓力。（高壓側(cè)設(shè)計壓力應(yīng)≥14MPa）

3）制冷系統(tǒng)包括所有元件應(yīng)能經(jīng)受正常使用、非正常使用及靜止狀態(tài)下可能產(chǎn)生的壓力。通過下述壓力試驗來驗證系統(tǒng)是否滿足要求。

壓力試驗：選擇一個完整的制冷系統(tǒng)，試驗在高壓側(cè)和低壓側(cè)分別進行。使壓力釋放裝置不工作，壓力逐漸升高至不小于表2的壓力，壓力持續(xù)1min，部件不應(yīng)泄漏。

注：對于在高低壓側(cè)之間中間壓力的制冷系統(tǒng)，所有部件承受的中間壓力被視為低壓側(cè)。

2.2.4 元件

1)增加了跨臨界制冷系統(tǒng)的壓力釋放裝置循環(huán)次數(shù)的要求：

a)爆破片式壓力釋放裝置，需提供3個單獨的樣品，且爆破片在每個樣品上都以相同的方式運行，循環(huán)次數(shù)1次；

b)電子式壓力釋放裝置，若為自動控制，則循環(huán)次數(shù)30000次；或為手動復(fù)位，則循環(huán)次數(shù)300次。

2)電子式壓力釋放裝置應(yīng)滿足GB 14536.7且應(yīng)為2B（即要求該壓力釋放裝置為微斷開操作，且規(guī)定了操作值、操作時間或操作程序的制造偏差和漂移）和2N型（要求該壓力釋放裝置對于敏感動作，不應(yīng)有由于敏感元件本身或與其相連的分斷裝置部件泄漏而引起的操作值的增加）；應(yīng)有一個2E型自由托扣裝置（即在故障條件下，不會阻礙觸頭打開，也不會保持觸頭閉合，以防止故障持續(xù)的自由托扣機構(gòu)）；不應(yīng)有正向偏差和漂移。

3)不屬于GB 14536.7范圍的機械式壓力釋放裝置運行壓力不應(yīng)超過裝置設(shè)定值的+10%。

4)沒有通過ISO 4126-2認證的爆破片式壓力釋放裝置，應(yīng)隨整機進行ISO 4126-2中14.3.4的試驗。即將爆破片式壓力釋放裝置安裝在位，使入口壓力增加至最小爆破壓力的90%并維持至少5s，然后在不超過120s的時間里線形增加入口壓力直至爆破片式壓力釋放裝置爆破。

5)所有壓力釋放裝置元件上應(yīng)標注制造商或責任承銷商的名稱、商標或識別標志以及型號名稱或系列號。

6)壓力釋放裝置應(yīng)能釋放足夠量的制冷劑，使得釋放制冷劑時的壓力即使在壓縮機處于運行狀態(tài)也不會增大到超出壓力釋放裝置設(shè)定壓力值。

3 小結(jié)

CO2制冷劑的應(yīng)用前景是十分樂觀的?？煽诳蓸饭灸壳耙呀?jīng)在花巨資研制以CO2為制冷劑的零售冷藏設(shè)備，隨著技術(shù)的不斷提高，相信不久的將來CO2制冷系統(tǒng)將會更廣泛的應(yīng)用在家用制冷器具上。

此次標準修訂，增加對跨臨界制冷系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和元件安全性的特殊要求，通過進行相應(yīng)的安全性檢驗，使器具在節(jié)能環(huán)保的同時也保證使用者的人身和財產(chǎn)安全。

希望通過本文的介紹，使生產(chǎn)跨臨界制冷系統(tǒng)的電冰箱企業(yè)了解新版標準的具體要求，在產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)階段就考慮標準的相應(yīng)要求，為將來順利通過CCC認證做好準備。

[1]GB 4706.13-201X《家用和類似用途電器的安全 制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》

[2]GB 4706.17-2010《家用和類似用途電器的安全 電動機-壓縮機特殊要求》

[3]丁國良，黃冬平.二氧化碳制冷技術(shù).北京：化學工業(yè)出版