小型制冷设备制冷剂回收和净化系统研究

满林香

摘   要：通过对现有的小型制冷设备制冷剂回收和净化技术进行分析，在此基础上设计了一套小型制冷设备制冷剂回收和净化系统，并深入分析和研究了制冷剂回收和净化系统中的油气分离、不凝气体分离、封闭制冷系统破口3项关键技术。

关键词：制冷剂;回收;净化

小型制冷设备包括家用空调、小型中央空调、汽车空调、冷藏冷冻箱等，目前这些设备采用的制冷剂主要有R22、R410A、R134a、R600a等。其中R22属于HCFCs，含有氯原子，对臭氧层有破坏作用，且具有强烈的温室效应;R410A、R134a属于HCFs非共沸混合物，不破坏臭氧层，但具有强烈温室效应;R134a属于HCFs，不破坏臭氧层，但具有较强的温室效应;R600a属于烃类、自然工质，不破坏臭氧层，温室效应极小，但具有可燃性。随着地球环境的日益恶化，环境保护迫在眉睫，如何回收小型制冷设备的制冷剂对保护臭氧层和降低温室效应有重要意义，并且制冷剂回收和净化也可以实现资源再利用，在一定程度上节约回收成本。本研究可以实现小型制冷设备制冷剂的回收和净化，既可以保护环境，也可以实现资源再利用。

1    小型制冷设备制冷剂回收和净化现状

目前，制冷剂回收常用的方式有气体冷却法、气体压缩冷凝法、气液推拉法3种[1]，原理如下：

1.1  气体冷却法

气体冷却法是将制冷剂回收容器与小型制冷系统相连，并且在制冷剂回收容器与小型制冷系统回收口之间设置干燥过滤器和油气分离器，以除去制冷剂中的固体杂质、水及润滑油。然后设置一个独立制冷循环，利用制冷循环的蒸发器去冷却制冷剂回收容器，使容器温度降低，形成一个低温、低压环境，将小型制冷系统的制冷剂吸收过来并冷凝为低温液相制冷剂，从而实现制冷剂的回收。

1.2  压缩冷凝法

压缩冷凝法是将压缩机吸气口与小型制冷系统相连，并在压缩机吸气口与小型制冷系统回收口之间设置压力调节阀、气液分离器、干燥过滤器，然后压缩机将来自小型制冷系统中被调为低压气相的制冷剂吸入并压缩为高压气体，分离润滑油后进入气液分离器，高压的液相制冷剂节流降压，变为中压气液混合物，然后流入制冷剂回收容器，制冷剂回收容器中的中压气体经过毛细管节流降压后，与来自减压阀的制冷剂一块被压缩机吸入，并进入下一个循环。

1.3  气液推拉法

气液推拉法是将制冷剂回收装置的排气口与小型制冷系统气态口（蒸发器到压缩机之间）相连，回收装置的吸气口与小型制冷系统液相口（冷凝器到节流元件）之间分别设有干燥过滤器、制冷剂回收容器和视液镜。制冷剂回收装置将制冷剂回收容器的气相制冷剂吸收并压缩排到小型制冷系统气态侧，给制冷系统加压，进而推动小型制冷系统中的液相制冷剂流入制冷剂回收容器，从而对制冷系统中的液相制冷剂起到推动的作用。同时，回收装置不断地从制冷剂回收容器吸收闪蒸出来的气相制冷剂，制造低压，从而对制冷系统中液相制冷剂形成抽吸作用。

由于目前小型制冷系统制冷剂的回收处于起步阶段，除了汽车行业对制冷剂回收有一定要求外，其他小型制冷系统制冷剂回收情况较少，回收之后的净化处理基本处于理论研究和实验阶段。制冷剂净化的研究主要集中在除油、除固体杂质和水、分离不凝气体、分离不同组分制冷剂、脱酸等。除油主要通过油气分离器及闪蒸分离的方式;除固体杂质和水主要采用干燥过滤器;不同组分制冷剂主要采用精馏的方式分离，但精馏的工艺我国还处于理论研究和实验阶段，不是很成熟。

2    制冷剂回收和净化系统流程设计

本研究在前人研究[2-3]基础上设计了一套集制冷剂回收和净化为一体的系统（见图1）。该流程相对简单，可实现制冷剂回收、除固体杂质、除水、分离润滑油、除不凝气体等功能。

这套小型制冷设备制冷剂回收和净化系统工作原理如下：阀门1连接小型制冷设备的制冷剂回收口，系统工作前要先通过阀门23、阀门24对整个制冷剂回收和净化系统进行抽真空。抽真空结束后，关闭阀门23、阀门24，关闭阀门12，保持阀门8、阀门21打开状态，然后打开阀门1，使小型制冷设备与本系统连通。压缩机4开机，小型制冷系统的制冷剂通过阀门1，流过干燥过滤器2，制冷剂被除去其中的固体杂质和水分后，进入气液分离器3。制冷剂被压缩机4吸入，压缩后排到油气分离器5，制冷剂中的大部分润滑油在这里分离，分离出来的润滑油流回压缩机，或者暂时存储，停机后加回压缩机。除油后的制冷剂流过冷凝器6和视液镜7，经阀门8流入制冷剂存储容器9。为加快制冷剂流入容器9的速度，容器9中闪蒸出来的蒸汽被压缩机4抽回，中途过阀门21、毛细管22。通过压缩机吸气侧压力大小可以判断制冷剂回收是否完成，回收完成则关闭阀门21，压缩机4停机，关闭阀门8。此时制冷剂容器9中上部成分是气相制冷剂和不凝气体，下部成分是液相制冷剂和及少量润滑油。缓慢打开阀门12，阀门14保持打开状态，由压缩机18、冷凝器19、热力膨胀阀20、蒸发盘管17构成的制冷系统开機运行，蒸发盘管17与制冷剂回收容器15同处隔热箱16内部，蒸发盘管17不断冷却和冷凝来自制冷剂容器13闪蒸出来的制冷剂，由于润滑油沸点较高，并未气化，因此留在制冷剂容器13中。通过制冷剂容器9和阀门12之间的两个视液镜10、11可以判断容器9中的液相制冷剂是否流完，当视液镜10开始有气相，进一步调小阀门12，在视液镜10剩余少量液相时，可以关闭阀门12。制冷剂容器13的液相制冷剂蒸发完，并且压力稳定后，关闭阀门14，制冷剂净化过程结束。在制冷剂容器15中的制冷剂，即为本系统回收和净化后的制冷剂。

3    制冷剂回收的关键技术研究

3.1  润滑油分离技术

回收和净化过程中，制冷剂的润滑油一般有两个来源：（1）小型制冷系统中制冷剂本身携带的润滑油;（2）制冷剂从回收和净化系统中的压缩机携带出来的润滑油。为了提高回收和净化后制冷剂的纯度，本系统设置双重除油技术。首先，在回收系统的压缩机排气口设置高效的油分离器，去除制冷剂中的大部分润滑油;其次，在净化装置末端设置闪蒸装置，利用制冷剂和润滑油沸点相差大的特性，将制冷剂与润滑油进一步分离。

3.2  不凝气体分离技术

不凝气体是指凝结温度非常低，在一般的制冷过程中不会凝结的气体，不凝气体的存在会降低制冷系统的性能，因此，为提高制冷剂的品质，必须去除不凝气体。制冷剂中不凝气体来源主要有两方面：（1）小型制冷设备制冷剂中本身携带的不凝气体，主要由制冷系统密封性不好、安装排空不彻底、充注制冷剂不规范等原因造成;（2）回收系統和净化系统内部的空气，一般是由拆卸和更换部件造成。本系统除不凝气体的技术方案如图1所示，回收制冷剂前对系统高、低压侧同时进行抽真空，系统设有一个制冷剂存储容器9，这个容器的上部是气相制冷剂和不凝气体，下部是液相制冷剂和及少量润滑油组成的混合物。通过将下部的液相制冷剂和油的混合物排到另一个制冷剂容器13，从而实现对不凝气体的分离。其中，制冷剂容器13底部设有一定弧度，以便液相制冷剂排走。

3.3  全封闭制冷系统破口技术

部分小型制冷设备（如冰箱、冰柜、冷藏柜等），为了减小制冷剂泄漏和简化制造工艺，将制冷系统制造为封闭形式。虽然这类设备制冷剂充注量相对家用空调、汽车空调等小型制冷设备要少很多，但是数量庞大，同样需要回收其中的制冷剂。一般全封闭制冷系统在压缩机处留有一根铜质工艺管，回收制冷剂可在此处破口。全封闭制冷系统破口的难点是在全封闭的条件下将工艺管破开一个洞，并需要将这个洞在隔绝外界空气的情况下连接到制冷剂回收装置上。本系统研制的一个破口装置如图2所示，基本原理是在全封闭的条件下，先将铜管剪断，然后把压扁的管口重新挤压、打开，最后用一个椎体把管口扩大，并且该装置设有一个与回收装置相连的接口，通过该接口可以实现割开的管口与制冷剂回收装置相连。

4    结语

分析了小型制冷设备制冷剂回收和净化的技术现状，在此基础上研究设计了一套小型制冷设备制冷剂回收系统，并对小型制冷设备制冷剂回收和净化的油气分离、不凝气体分离、全封闭制冷系统破口3项关键技术进行了研究和开发。

[参考文献]

[1]王海涛，孙 姣，单明威，等.空调制冷剂的回收处理技术[J].家电科技，2014（11）：72-74.

[2]邹慧明，司春强，吴成云，等.CFCs制冷剂回收处置技术[J].流体机械，2009，37（5）：66-70.

[3]骆理学.制冷剂回收与循环利用技术[J].制冷与空调，2014，14（6）：48-50，68.