小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化系統(tǒng)研究

滿林香

摘? ?要：通過對現(xiàn)有的小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化技術(shù)進行分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一套小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化系統(tǒng)，并深入分析和研究了制冷劑回收和凈化系統(tǒng)中的油氣分離、不凝氣體分離、封閉制冷系統(tǒng)破口3項關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：制冷劑;回收;凈化

小型制冷設(shè)備包括家用空調(diào)、小型中央空調(diào)、汽車空調(diào)、冷藏冷凍箱等，目前這些設(shè)備采用的制冷劑主要有R22、R410A、R134a、R600a等。其中R22屬于HCFCs，含有氯原子，對臭氧層有破壞作用，且具有強烈的溫室效應(yīng);R410A、R134a屬于HCFs非共沸混合物，不破壞臭氧層，但具有強烈溫室效應(yīng);R134a屬于HCFs，不破壞臭氧層，但具有較強的溫室效應(yīng);R600a屬于烴類、自然工質(zhì)，不破壞臭氧層，溫室效應(yīng)極小，但具有可燃性。隨著地球環(huán)境的日益惡化，環(huán)境保護迫在眉睫，如何回收小型制冷設(shè)備的制冷劑對保護臭氧層和降低溫室效應(yīng)有重要意義，并且制冷劑回收和凈化也可以實現(xiàn)資源再利用，在一定程度上節(jié)約回收成本。本研究可以實現(xiàn)小型制冷設(shè)備制冷劑的回收和凈化，既可以保護環(huán)境，也可以實現(xiàn)資源再利用。

1? ? 小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化現(xiàn)狀

目前，制冷劑回收常用的方式有氣體冷卻法、氣體壓縮冷凝法、氣液推拉法3種[1]，原理如下：

1.1? 氣體冷卻法

氣體冷卻法是將制冷劑回收容器與小型制冷系統(tǒng)相連，并且在制冷劑回收容器與小型制冷系統(tǒng)回收口之間設(shè)置干燥過濾器和油氣分離器，以除去制冷劑中的固體雜質(zhì)、水及潤滑油。然后設(shè)置一個獨立制冷循環(huán)，利用制冷循環(huán)的蒸發(fā)器去冷卻制冷劑回收容器，使容器溫度降低，形成一個低溫、低壓環(huán)境，將小型制冷系統(tǒng)的制冷劑吸收過來并冷凝為低溫液相制冷劑，從而實現(xiàn)制冷劑的回收。

1.2? 壓縮冷凝法

壓縮冷凝法是將壓縮機吸氣口與小型制冷系統(tǒng)相連，并在壓縮機吸氣口與小型制冷系統(tǒng)回收口之間設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥、氣液分離器、干燥過濾器，然后壓縮機將來自小型制冷系統(tǒng)中被調(diào)為低壓氣相的制冷劑吸入并壓縮為高壓氣體，分離潤滑油后進入氣液分離器，高壓的液相制冷劑節(jié)流降壓，變?yōu)橹袎簹庖夯旌衔?，然后流入制冷劑回收容器，制冷劑回收容器中的中壓氣體經(jīng)過毛細管節(jié)流降壓后，與來自減壓閥的制冷劑一塊被壓縮機吸入，并進入下一個循環(huán)。

1.3? 氣液推拉法

氣液推拉法是將制冷劑回收裝置的排氣口與小型制冷系統(tǒng)氣態(tài)口（蒸發(fā)器到壓縮機之間）相連，回收裝置的吸氣口與小型制冷系統(tǒng)液相口（冷凝器到節(jié)流元件）之間分別設(shè)有干燥過濾器、制冷劑回收容器和視液鏡。制冷劑回收裝置將制冷劑回收容器的氣相制冷劑吸收并壓縮排到小型制冷系統(tǒng)氣態(tài)側(cè)，給制冷系統(tǒng)加壓，進而推動小型制冷系統(tǒng)中的液相制冷劑流入制冷劑回收容器，從而對制冷系統(tǒng)中的液相制冷劑起到推動的作用。同時，回收裝置不斷地從制冷劑回收容器吸收閃蒸出來的氣相制冷劑，制造低壓，從而對制冷系統(tǒng)中液相制冷劑形成抽吸作用。

由于目前小型制冷系統(tǒng)制冷劑的回收處于起步階段，除了汽車行業(yè)對制冷劑回收有一定要求外，其他小型制冷系統(tǒng)制冷劑回收情況較少，回收之后的凈化處理基本處于理論研究和實驗階段。制冷劑凈化的研究主要集中在除油、除固體雜質(zhì)和水、分離不凝氣體、分離不同組分制冷劑、脫酸等。除油主要通過油氣分離器及閃蒸分離的方式;除固體雜質(zhì)和水主要采用干燥過濾器;不同組分制冷劑主要采用精餾的方式分離，但精餾的工藝我國還處于理論研究和實驗階段，不是很成熟。

2? ? 制冷劑回收和凈化系統(tǒng)流程設(shè)計

本研究在前人研究[2-3]基礎(chǔ)上設(shè)計了一套集制冷劑回收和凈化為一體的系統(tǒng)（見圖1）。該流程相對簡單，可實現(xiàn)制冷劑回收、除固體雜質(zhì)、除水、分離潤滑油、除不凝氣體等功能。

這套小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化系統(tǒng)工作原理如下：閥門1連接小型制冷設(shè)備的制冷劑回收口，系統(tǒng)工作前要先通過閥門23、閥門24對整個制冷劑回收和凈化系統(tǒng)進行抽真空。抽真空結(jié)束后，關(guān)閉閥門23、閥門24，關(guān)閉閥門12，保持閥門8、閥門21打開狀態(tài)，然后打開閥門1，使小型制冷設(shè)備與本系統(tǒng)連通。壓縮機4開機，小型制冷系統(tǒng)的制冷劑通過閥門1，流過干燥過濾器2，制冷劑被除去其中的固體雜質(zhì)和水分后，進入氣液分離器3。制冷劑被壓縮機4吸入，壓縮后排到油氣分離器5，制冷劑中的大部分潤滑油在這里分離，分離出來的潤滑油流回壓縮機，或者暫時存儲，停機后加回壓縮機。除油后的制冷劑流過冷凝器6和視液鏡7，經(jīng)閥門8流入制冷劑存儲容器9。為加快制冷劑流入容器9的速度，容器9中閃蒸出來的蒸汽被壓縮機4抽回，中途過閥門21、毛細管22。通過壓縮機吸氣側(cè)壓力大小可以判斷制冷劑回收是否完成，回收完成則關(guān)閉閥門21，壓縮機4停機，關(guān)閉閥門8。此時制冷劑容器9中上部成分是氣相制冷劑和不凝氣體，下部成分是液相制冷劑和及少量潤滑油。緩慢打開閥門12，閥門14保持打開狀態(tài)，由壓縮機18、冷凝器19、熱力膨脹閥20、蒸發(fā)盤管17構(gòu)成的制冷系統(tǒng)開機運行，蒸發(fā)盤管17與制冷劑回收容器15同處隔熱箱16內(nèi)部，蒸發(fā)盤管17不斷冷卻和冷凝來自制冷劑容器13閃蒸出來的制冷劑，由于潤滑油沸點較高，并未氣化，因此留在制冷劑容器13中。通過制冷劑容器9和閥門12之間的兩個視液鏡10、11可以判斷容器9中的液相制冷劑是否流完，當(dāng)視液鏡10開始有氣相，進一步調(diào)小閥門12，在視液鏡10剩余少量液相時，可以關(guān)閉閥門12。制冷劑容器13的液相制冷劑蒸發(fā)完，并且壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉閥門14，制冷劑凈化過程結(jié)束。在制冷劑容器15中的制冷劑，即為本系統(tǒng)回收和凈化后的制冷劑。

3? ? 制冷劑回收的關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1? 潤滑油分離技術(shù)

回收和凈化過程中，制冷劑的潤滑油一般有兩個來源：（1）小型制冷系統(tǒng)中制冷劑本身攜帶的潤滑油;（2）制冷劑從回收和凈化系統(tǒng)中的壓縮機攜帶出來的潤滑油。為了提高回收和凈化后制冷劑的純度，本系統(tǒng)設(shè)置雙重除油技術(shù)。首先，在回收系統(tǒng)的壓縮機排氣口設(shè)置高效的油分離器，去除制冷劑中的大部分潤滑油;其次，在凈化裝置末端設(shè)置閃蒸裝置，利用制冷劑和潤滑油沸點相差大的特性，將制冷劑與潤滑油進一步分離。

3.2? 不凝氣體分離技術(shù)

不凝氣體是指凝結(jié)溫度非常低，在一般的制冷過程中不會凝結(jié)的氣體，不凝氣體的存在會降低制冷系統(tǒng)的性能，因此，為提高制冷劑的品質(zhì)，必須去除不凝氣體。制冷劑中不凝氣體來源主要有兩方面：（1）小型制冷設(shè)備制冷劑中本身攜帶的不凝氣體，主要由制冷系統(tǒng)密封性不好、安裝排空不徹底、充注制冷劑不規(guī)范等原因造成;（2）回收系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)內(nèi)部的空氣，一般是由拆卸和更換部件造成。本系統(tǒng)除不凝氣體的技術(shù)方案如圖1所示，回收制冷劑前對系統(tǒng)高、低壓側(cè)同時進行抽真空，系統(tǒng)設(shè)有一個制冷劑存儲容器9，這個容器的上部是氣相制冷劑和不凝氣體，下部是液相制冷劑和及少量潤滑油組成的混合物。通過將下部的液相制冷劑和油的混合物排到另一個制冷劑容器13，從而實現(xiàn)對不凝氣體的分離。其中，制冷劑容器13底部設(shè)有一定弧度，以便液相制冷劑排走。

3.3? 全封閉制冷系統(tǒng)破口技術(shù)

部分小型制冷設(shè)備（如冰箱、冰柜、冷藏柜等），為了減小制冷劑泄漏和簡化制造工藝，將制冷系統(tǒng)制造為封閉形式。雖然這類設(shè)備制冷劑充注量相對家用空調(diào)、汽車空調(diào)等小型制冷設(shè)備要少很多，但是數(shù)量龐大，同樣需要回收其中的制冷劑。一般全封閉制冷系統(tǒng)在壓縮機處留有一根銅質(zhì)工藝管，回收制冷劑可在此處破口。全封閉制冷系統(tǒng)破口的難點是在全封閉的條件下將工藝管破開一個洞，并需要將這個洞在隔絕外界空氣的情況下連接到制冷劑回收裝置上。本系統(tǒng)研制的一個破口裝置如圖2所示，基本原理是在全封閉的條件下，先將銅管剪斷，然后把壓扁的管口重新擠壓、打開，最后用一個椎體把管口擴大，并且該裝置設(shè)有一個與回收裝置相連的接口，通過該接口可以實現(xiàn)割開的管口與制冷劑回收裝置相連。

4? ? 結(jié)語

分析了小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化的技術(shù)現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上研究設(shè)計了一套小型制冷設(shè)備制冷劑回收系統(tǒng)，并對小型制冷設(shè)備制冷劑回收和凈化的油氣分離、不凝氣體分離、全封閉制冷系統(tǒng)破口3項關(guān)鍵技術(shù)進行了研究和開發(fā)。

[參考文獻]

[1]王海濤，孫 姣，單明威，等.空調(diào)制冷劑的回收處理技術(shù)[J].家電科技，2014（11）：72-74.

[2]鄒慧明，司春強，吳成云，等.CFCs制冷劑回收處置技術(shù)[J].流體機械，2009，37（5）：66-70.

[3]駱理學(xué).制冷劑回收與循環(huán)利用技術(shù)[J].制冷與空調(diào)，2014，14（6）：48-50，68.