R32制冷剂应用的文献综述

冀凯

摘要：目前制冷空调行业使用的替代制冷剂主要是HFCs以及碳氢化合物类制冷剂（HCs）。文章对目前R32冷媒的文献进行汇总分析。总结了相关文献的研究现状，并对未来R32冷媒应用提出意见。

关键词：R32；压缩机；研究现状；文献

目前制冷空调行业使用的替代制冷剂主要是HFCs以及碳氢化合物类制冷剂（HCs），研究工作主要是寻找低臭氧层消耗（ODP）、低温室效应（GWP）的含HCFCs或HFCs的混合制冷剂，其中对HCs纯质及其混合工质的研究也是热点。R290制冷剂由于受灌注量的约束，在2P以上空调应用还面临较大困难，而R32因其A2L级别的可燃性和较好的热力学性质现在被广泛关注，本文对R32在空调和压缩机上应用的相关文献进行分析，为我司开发R32压缩机做好相关准备。

1研究现状

现阶段针对R32的研究工作主要概括为四个方面：1）R32热物性和制冷循环特性研究；2）R32压缩机冷冻油匹配；3）R32压缩机性能表现；4）压缩机排气温度的控制方法；5）R32的可燃性与预防研究。

1.1 R32热物性和制冷循环特性研究

由于R32是R410A的一个组份，故各文献大多通过两者进行比较分析，并得出R32的相关结论：

西安交通大学、清华大学先后对R32的饱和蒸气压、饱和气体导热系数、饱和液体黏度等热物性参数进行了深入研究，提供了R32热力性质的计算式。

R32和R410A的饱和蒸汽压力线比较接近。R32饱和蒸汽压力略高，但现有空调管路的设计可以满足使用要求。

饱和液态时R32比R410A的密度小，而液态密度的大小直接影响工质的充灌量，所以在相同的容积下R32的充灌量要小。史敏等再5P单元机上进行R32和R410A充灌量对比实验， R32的充灌量是R410A的60%左右。

在相同的蒸发器负荷下，R32的排气温度比R410A的高，在ARI520工况下（54.4/7.4℃）R32的排气温度约比R410A高20度。

1.2 R32冷冻机油匹配

用R410A的冷冻机油直接使用在R32上会带来粘度降低和互溶性差的问题。赵蕾等采用不同型号的酯类POE 油进行压缩机加速寿命试验，认为需要加入适当的添加剂才能满足替代的要求，并对添加剂的原理进行分析。

1.3 R32压缩机性能表现

文献列出了美国ARI 520标准的空调标准工况理论计算结果，表明R32的热工性能比R410A好，能效（COP）约高5.3%、冷量约大12.7%、排气压力约0.4bar、但排气温度约高24℃。 R32的高排气温度可能会造成电机烧毁。

黄玉优对滚动转子变频压缩机的性能进行实验测试，试验结果表明：相同条件下，R32 变频压缩机的制冷量比R410A 提高7.5%～10%，COP 提高2%～5%。，压缩机排气温度随频率的升高而升高。相同频率下，R32 的排气温度要明显高于R410A，而且，随频率的升高排气温度的增幅也不断增加。但排气温度总体是随着频率的下降而降低的。黄玉优采用8.9cc的压缩机进行测试，频率在70Hz以下时，排气温度可以保持在100℃以下。

文献对R32在热泵热水器上的性能表现进行评价。总体趋势相同，R32 的充注量仅为R410A充注量的74%左右。在各种实验条件下， R32 空气源热泵热水器的能效比不低于R410A 系统。

1.4 压缩机排气温度的控制方法

矢岛龙三郎提出利用膨胀阀控制压缩机吸气干度，同时使用R32专用的润滑油来降低排气温度。同时提出预测排气温度的方法。但是该方法假设压缩机效率为100%，没有给出压缩机优化的因素。

文献提出采用喷液冷却的方式降低压缩机排气温度，并对性能的影响进行测试。

1.5 R32的可燃性与预防研究

R32具有可燃性，处于“不可燃”与“弱可燃”的边缘，其燃烧下限（LFL）0.306（kg/m3），是2类可燃制冷剂中LFL最高（即可燃性最低）的。R32不仅其燃烧下限（LFL）最高，最不燃烧，而且即使一旦燃烧后其所释放的燃烧热（HOC）也最小，也就是说它的燃烧强度最低，被ASHRAE34、ISO 5149和EN 378-1列为弱可燃“2”。由于R32燃烧速度约为0.067m/s，因而被ISO817标准列为“A2L”类。按美国交通部运输标准DOT173.115和联合国（UN）危险货物运输规定，在运输过程中它被认为是“不可燃”的。

文献中对R32的不同冷量的机组与最大充注量的关系进行了描述，从中可以看出在10KW以下的制冷产品R32的充注量完成满足安全标注限定要求。

2总结

总结上述文献情况，主要有以下三点意见：

（1） R32成为下一代家用空调制冷剂在技术上的困难主要是排气温度高。笔者认为专用压缩机的开发和空调两器管路优化带来的成本上升和生产困难是该技术路线最大的绊脚石。而家用空调压缩机采用变频技术通过控制转速来控制排气温度是较理想的技术路线。

（2）在R32压缩机的设计方面，各文献主要通过R32和R410A冷媒物性的对比来提出问题。笔者认为冷冻机油的匹配是压缩机优化的基础，合理选擇冷冻机油并进行前期测试是十分必要的。而根据冷媒物性对比的差异可以得出温度对泵体间隙的影响、冷媒密度对吸排气尺寸影响等设计要点。

（3）压缩机自身电机发热、冷媒在压缩机内温升的研究现在还比较少。通过改善电机、优化流体通路来降低排气温度必将是重要的课题之一。

参考文献：

[1]陈伟，祁影霞，张华.HCFCs制冷剂替代物研究进展及性能分析[J].低温与超导，2011，39（12）：41-44.

[2]朱明善，史琳. 在家用/商用空调中应用R32替代R22的探索.制冷与空调，2010，10（3）：31-34.

（作者单位：沈阳中航三洋制冷设备有限公司）