船舶行业吸附式制冷剂回收装置研究

刘孝刚

(渤海船舶职业学院 动力工程系, 辽宁 葫芦岛 125000)

船舶行业吸附式制冷剂回收装置研究

刘孝刚

(渤海船舶职业学院 动力工程系, 辽宁 葫芦岛 125000)

结合当前制冷剂回收存在的问题和HFCs制冷剂使用的现状，介绍了采用酰胺系高分子材料为吸附剂的制冷剂回收装置，阐述了运用吸附式制冷剂回收装置回收R22制冷剂的工作过程，总结了吸附式制冷剂回收装置在船舶维修中的应用及特点。

制冷剂回收 吸附剂 制冷剂替代 氟利昂 多用

1 前言

当前，船舶冷藏设备除了大型冷藏设备使用氨制冷剂外, 其他小型空调设备和冷藏设备几乎都使用氟利昂或氟利昂替代制冷剂。我国远洋货轮冷藏量吨位位居世界第一， 民用船舶制冷与冷藏设备稳步上升，我国东南沿海地区小型船舶空调使用量为92.6%左右。虽然船舶空调和船舶制冷设备所用制冷剂很少, 但使用量巨大，氟利昂制冷剂的随意排放现象也日益增多，因此研制用于这类产品的船舶用制冷剂回收设备具有重要意义[1，2]。表1列出了船舶行业制冷剂的使用现状与替代情况。

表1 船舶行业制冷剂的使用现状与替代现状

在船舶行业中，以R12制冷剂为代表的氟利昂制冷剂在船舶制冷装置中占据很大比例。从表1可以看出，回收氟利昂制冷剂的工作迫在眉睫，在实际维修过程中，维修人员缺乏回收制冷剂的设备与相关技能，随意排放的现象很常见。从对渤海地区船舶行业的市场调查可以看出，制冷维修人员的制冷剂回收技术掌握程度不高，回收意识不强，重视程度不够，缺乏环保意识，没有深刻领悟氟利昂制冷剂对大气层的破坏作用，制冷剂的收集工作也没有形成强有力的监督和法律约束。因此，船舶行业亟待需要一种方便快捷的制冷剂回收技术，使之能够适应船舶制冷设备本身的特点，将制冷剂进行回收处理。

2 制冷行业维修中常用的制冷剂回收方法

目前常用的制冷剂回收方法都能解决制冷剂进入钢瓶中压力急剧升高的问题，然而在实际的操作过程中存在很多问题，如冷却法中低温环境的提供需要一个完整的制冷系统，而在实际维修工作中，制冷剂的回收一般都是在制冷系统停止运行的情况下收集，即使使用本身的制冷系统提供的低温环境，也将随着制冷剂回收的进行，制冷剂不断减少，冷量不断降低，从而对制冷剂的收集产生影响[3]。

在实际的制冷剂回收工作中，压缩冷凝法中冷凝器的选取也存在一定难度。如果采用风冷冷凝器，当制冷剂蒸汽经过风冷冷凝器时，制冷剂本身的压力降不够，不足以提供冷凝为制冷剂液体所需的压力，将影响制冷剂的回收效果。如果选用水冷冷凝器，虽然制冷剂回收的效果得到增加，但仍然存在水冷冷凝器的选取问题，由于水冷冷凝器需进行水路循环，而在一线的维修工作中，维修工人很难实现应用水冷冷凝器进行冷凝的操作方法，尤其是在船舶现场工作的环境中，更是难上加难。

3 吸附式制冷剂回收容器的实验测试与制冷剂回收装置

3.1 吸附式制冷剂回收容器的实验测试与工作过程

在维修实践中发现，在耐压容器内填充酰胺系高分子材料对氟利昂制冷剂蒸汽有很强的吸附作用。测试发现，当氟利昂蒸汽通过装有酰胺系的封闭容器时，封闭容器中的酰胺系高分子材料的重量和体积增加了好几倍，而在大气中又能恢复原状，具有强烈的脱附作用，如果在真空状态下，脱附能力和速度将会更快。因此采用酰胺系高分子材料可以初步分离氟利昂蒸汽，然后将浓缩后的蒸汽降温、净化、液化、过滤就能再次储存或利用，只要用简单的设备和较少的能耗就能迅速地收集制冷剂，达到制冷剂回收的目的[5]。

图1 吸附剂制冷剂回收容器图

因此，利用酰胺系高分子材料对氟利昂制冷剂蒸汽有很强的吸附作用，研究开发了一种实验设备，该实验设备可以快速回收多种类型的制冷剂。实验设备如图1所示。实验过程如下，在一个耐压箱体内填充酰胺系高分子材料，氟利昂钢瓶与箱体通过管路进行连接，将耐压箱体放置在一个磅秤上，同时为了消除吸附过程中产生的热量，在耐压箱体设置盘管，盘管内的冷却水可以将热量及时排出，制冷剂的反应热可充分地散热，可抑止回收容器的温度上升。

慢慢地打开氟利昂制冷剂阀门将制冷剂引向装有酰胺系颗粒的耐压箱体。此时，回收容器中的吸附剂酰胺系颗粒对氟利昂制冷剂气体进行吸附，产生的热量被冷却盘管中的冷却水进行充分吸收，放出的热量能够及时排出。此时观察耐压箱放置在磅秤上的读数，总重量为3.25 kg，经约2 min的制冷剂回收，系统内1 kg制冷剂经过回收后，耐压箱总重量增加0.95 kg，回收率约为95%左右，耐压箱的压力表读数为0.2 MPa，并没有引起压力急剧升高的现象。如果增加氟利昂制冷剂气体的供给量调节为6 L/min，则会加大反应热，放出的热量很难及时通过盘管的冷却水带走，且容易引起压力急剧上升的现象。所以本装置适合供给量调节为5 L/min以下的制冷剂流量[6]。与氟利昂钢瓶并联的是制冷系统，回收容器还可以直接回收制冷系统中的制冷剂，经过干燥过滤器和油分离器将制冷剂净化后回收到制冷剂回收容器中。

3.2 吸附式制冷剂回收装置在船舶维修的应用

吸附式制冷剂回收装置采用的回收容器可以很方便的拆卸下来。在对船舶制冷系统进行制冷剂回收时，由于回收容器中的气体已经液化,因此回收容器内的压力比普通的制冷系统内的压力低,制冷系统内的氟利昂气体在高低压压力差的驱动下不断向回收容器中转移,在吸附作用下被液化。如图2所示, 为了防止压力和温度的急剧升高，回收罐放置在带有蒸发器的低温环境中，其中回收罐周围的温度比制冷剂回收容器的温度低约8℃～10℃。

图2 吸附式制冷剂回收装置

以R22为例, 环境温度为22℃时压力约为912 kPa，12℃时压力约为687 kPa，说明制冷剂回收容器中的压力低于回收罐的压力，压力差产生的驱动力会驱使制冷剂不断从制冷装置流入制冷剂回收容器中。如果需要干燥过滤，或者对制冷剂进行冷冻油的分离，可以在上述的制冷剂回收装置中加装三通阀门，使制冷剂进入干燥过滤器和油分离器、空气分离器，同时完成对制冷剂的净化与回收。表2为吸附式制冷剂回收装置回收各种制冷剂的回收结果。

表2 各种制冷剂的实验回收结果

4 吸附式制冷剂回收装置的特点

(1) 便携式回收容器的使用。在一线回收工作中，只需要携带一个回收容器，将制冷剂先回收到制冷剂的回收容器中，避免了维修人员需要携带大型制冷剂回收装置进行制冷剂的回收。

(2) 回收速度快。以功率为800 W的制冷剂回收装置回收R12制冷剂为例，当回收装置回收制冷剂气体时，回收速度大约为1.32 kg/min，液态制冷剂可以达到3.8 kg/min。

(3) 使用安全。用传统方法对制冷剂进行回收时，制冷剂回收容器内的压力偏高, 尤其是在夏季温度较高时, 危险性较大。采用吸附剂吸附的方法直接将制冷剂压入制冷剂容器，由于吸附剂本身的吸附能力和水冷盘管的吸热作用，使制冷剂回收容器外侧温度与大气温度几乎相同,用吸附式制冷剂回收装置回收制冷剂可完全避免压力升高的危险。

(4) 多用途，可以回收多种制冷剂。可以回收 R-12, R-22, R-134a, R-500, R-502等制冷剂，该装置既可用于制冷设备维护人员在装置修理或报废时从船舶制冷装置中抽出制冷剂,也可用于民用和商用的制冷装置维修中，增加的干燥过滤器、油分离器和空气过滤器使该装置具有了制冷剂净化功能。

5 结束语

酰胺系高分子材料具有强烈的吸附制冷剂的能力。在当前制冷剂回收装置中，采用吸附式制冷剂的回收方式并不多见。从实验测试和实验回收装置的运行来看，吸附式制冷剂回收在船舶维修中得到了很好的验证。此外，吸附式制冷剂回收装置具有安全便捷、灵活小巧、适应性广等优点,在船舶维修行业中，具有广阔的应用前景。

[1] 朱明善.21世纪制冷空调行业绿色环保制冷剂的趋势和展望[J].暖通空调，2000，30(2)：23-26.

[2] 刘忠民.R22制冷剂的替代技术[J].制冷空调，2001，1(3)：47-53.

[3] 刘孝刚.制冷剂净化与回收装置的研制[J].辽宁工业大学学报，2013，2(10): 53-68.

[4] 王鑫，史琳，朱明善.制冷剂替代物安全性评价的现状和研究课题[J].暖通空调，2002；32(2)：38-42.

[5] 陈海军.吸附制冷用复合吸附剂的制备及导热性能强化[D].南京：南京工业大学，2002.

[6] 上海尚鸿制冷设备工程有限公司.CPSCR700单回收机操作手册[S]. 2005.

Research on Adsorption Refrigerating Fluid Recovery Device

LIU Xiao-gang

(Dept of Powertrain, Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao Liaoning 125000, China)

Combining with existing problems of refrigerating fluid and current application situation of HFCs refrigerants, this article introduces a adsorption refrigerating fluid recovery device which adopts PEBAs high polymer material as absorbent, elaborates the working process of recycling R22 absorbent with the device, then summarizes the application and characteristic of the device in ship repairing.

Refrigerating fluid recovery Absorbent Alternative refrigerating fluid Freon Multipurpose

刘孝刚(1978-)，男，讲师/工程师。

TB652

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