奥克斯-R410a系列空调器产品介绍及开发和制造过程中的.ppt

R410a系列空调器产品介绍及开发和制造过程中的注意事项,2004年8月,商用空调研发中心,为使R410a系列空调器开发、生产的顺利进行，现将有关设计和制造中的问题点进行总结，并从以下几个方面予以介绍：一、为什么要开发R410a系列空调二、R410a、R407c与R22的性能比较三、系统设计中应注意的问题四、生产制造中应注意的问题五、R410a系列产品型谱,开发R407c和R410a空调的原因简单的说是出于环保和国际协议以及欲出口国家或地区政府的限制性指令要求。,一、制冷剂的市场动向1、HCFC限制计划（-蒙特利尔议定书-日本、欧洲、美国的HCFC限制规定）2、中国（日本）的制冷剂市场（-制冷剂需求-不同用途需求的对策）3、替代性制冷剂选择的变迁4、对此的总结,HCFC限制规定（制冷剂）蒙特利尔议定书的削减计划,*标准消费量=1989年的HCFC消费量+2.8%1989年的CFC消费量*标准生产量=（1989年的HCFC消费量和生产量的平均值）+2.8%（1989年的CFC消费量和生产量的平均值）*标准消费量=2015年的水平*标准生产量=2015年的HCFC消费量和生产量的平均值,HCFC限制规定（制冷剂）不同国家的削减计划（非第5条适用国）,CFC、HCFC、HFC简要介绍,一般采用国际统一规定的符号作为制冷剂的简化代号，由“R”和它后面的一组数字组成。字母“R”表示制冷剂（Refrigrant）。如：R717，R12、R22、R407c。但目前对于氟里昂还采用另一种更直观的符号表示法：将国际统一规定的首字母“R”换成物质分子中的组成元素符号。所以，分子中含氯、氟、碳的完全卤代烃写作“CFC”，如CFC12，就是R12（二氟二氯甲烷-CF2Cl2），；分子中含氢、氯、氟、碳的完全卤代烃写作“HCFC”，如HCFC22，就是R22（二氟一氯甲烷-CHF2Cl）；分子中含氢、氟、碳的完全卤代烃写作“HFC”，如HFC32，就是R32（二氟甲烷-CH2F2）。,氟利昂与臭氧层臭氧层的破坏和全球气候变暖，是当前全球所面临的主要环境问题。由于制冷、空调、热泵等行业广泛使用的CFC和HCFC类物质对臭氧层有破坏作用，并产生温室效应。氟利昂破坏臭氧a.排放的氟利昂在大气平流层中形成层圈；b.太阳紫外线使氟利昂分解，放出氯元素；c.氯元素与臭氧发生反应，使臭氧层遭到破坏；d.太阳的强紫外线缺乏臭氧层阻挡衰减而直接照射到地球表面，导致生物体系的平衡被破坏、人类皮肤癌患病率增加。,针对日益严重的温室效应问题后来又于1997年在日本京都签署了京都协议，协议规定如下：各国对二氧化碳和HFC冷媒的总排出量再次进行限制，到20082012年要比基准年削减6（其中美国削减7、欧盟削减8）。*二氧化碳（基准年为1990年）*HFC冷媒（基准年为1995年）其中蒙特利尔协议要求限期逐步淘汰CFC和HCFC等物质，是强制性的；而京都协议针对地球温室效应问题，要求控制温室气体的排放，是非强制性的。,中国的制冷剂市场,1、国内的空调市场-HCFC向HFC转换的行动缓慢（R22几乎为100%）-面向国内的HFC制冷剂以小型容器（吨级容器）为主流2、出口空调市场-面向欧洲出口的机器接受欧盟限制规定，采取措施使用替代型制冷剂（R22R407c中国向欧洲出口量在不断增长(已超过欧洲总量50%).产品要求:环保R407C/R410A化(03/04年);节能-能效等级要求(03年),促进R410A定速机发展(A级能效要求).主力机型为:9K,12K(1HP,1.5HP)分体空调,市场背景资料主要出口市场调查,美国(313万台),欧洲(150万台),日本(125万台),东南亚(87万)是中国空调出口的主要四大地区(占总出口量85%).,欧洲向是出口的主要地区之一,欧洲空调器市场环境,销售到欧洲空调器的制冷剂的动向R407cR410a,产品开发背景,R410A定速机种,环保,省能,能效等级要求A级能效COP3.2,新冷媒R407C/R410A,能力区分,主流机种9K/12kBtu/h(11.5HP),欧洲:中国空调出口主要地区之一,A级能效可达到,国内客户出口要求,替代型制冷剂的基本特性,上表为R410a、R407c等与R22特性的比较,通过比较可以得出以下结论：1.代替冷媒的环保性均优于R22，安全性也符合要求。2.R407c、THR03均是非共沸冷媒，在空调的设计、生产、维修等方面需要对应；R410a是亚共沸冷媒，基本可与R22同等考虑。3.在运行压力方面，R407c、THR03与R22基本相同；R410a的压力比R22高60左右4.代替冷媒使用的润滑油与R22使用的润滑油不同，需要作全面的更换，并且由于脂类油的吸水性，要严格控制系统干燥程度。5.单位体积制冷量方面，R407c、THR03与R22基本相同；R410a要比R22高4050。,R410A冷媒特性,ASHRAE/T条件理论循环,系统最优化后,COP=103105%,R410A优点:较好的传热性能,较低的压力损失(-20%)低温性能变优,R410a的特点,亚共沸混合制冷剂生产工艺容易控制高能力机器小巧高效率（压力损失、传热系数、压缩机效率）高能效比,针对R410a还有以下一些特性需要注意：1、R410a蒸汽密度比R22要大，配管相同时流速降低30，故压降较小；也可以考虑配管的细径化。2、代替冷媒的溶解性较R22高，易留残渣在系统内。3、由于R410a的气体压力高，于一定压降下饱和温度变化小，所以与R22相比，在压缩机内的损失小或等熵效率高。,GO,BACK,1、新冷媒选择时需考虑的特性要求,新冷媒的选择主要考虑以下几个方面的特性：安全性环保性热物理性能热力性能直接替代可行性量产可行性现对以上几方面分别做简单介绍。,下一页,安全性主要包括毒性和可燃性。它是选择冷媒的首要条件。因为易燃易爆的工质在生产管理上要求很高，如：冰箱上用的R600a和R134a都具有可燃性，生产和维修中的安全问题使得生产和维修成本会有所增加。环保性作为冷媒的环境参数，主要有大气寿命、臭氧损耗系数（ODP）、温室效应系数（GWP）和光雾效应等。前述的两个国际协议中，对ODP和GWP进行了限定，从而直接决定了冷媒的最终命运。理想的代替冷媒是ODP为0，GWP很小，但在已知的代替冷媒中GWP值很小的往往可燃。并且，人们希望新冷媒在大气对流层中的寿命较短，可以减少温室效应。,热物理性能冷媒的热物理性很多，从工质相似替代的角度，最重要的参数是相同饱和温度下对应的饱和压力，即冷媒的温度压力饱和曲线。对于混合冷媒而言，滑移温度应尽量小。热力性能主要考虑制冷系数、压缩比、排气温度。制冷系数直接关系到制冷系统的能耗大小，而压缩比和排气温度的高低，会影响系统性能和压缩机的寿命。,直接替代可行性在直接替代方面，主要考虑工质与材料的兼容性、与润滑油的互溶性及单位容积制冷量、单位容积压缩功等。量产可行性希望新冷媒可以被方便的生产，有较低的成本和较高的纯度。,返回,1、压缩机的选择，主要考虑冷冻油的类型2、HFC系统存在的主要问题3、系统设计及匹配时必须注意的问题,系统设计中应注意的问题,压缩机的设计上基本上与R22相同，主要是润滑油由R22系统所用的矿物油改成合成脂类油。现阶段主要有PVE（聚乙烯醚类）和POE（多元固脂类）两类，也有使用HAB（硬烷基苯类）的，但很少。目前，日立、美芝、松下使用的是POE油，三洋、LG、三星使用的是PVE油，其中松下正在由POE向PVE变更中。两类油的性能对比如下：,冷冻机油的性能比较,MeritDemerit,冷冻机油所要求的特性及对系统的影响讨论,冷冻机油所要求的特性,2.Cond.,相溶性、安定性,3.ValveorCap.,无析出（低温）相溶性,4.Evap.,流动性（低温）无析出（低温）相溶性,1.Compressor,润滑性电气绝缘性安定性与部材的适合性相溶性,返回,下一页,压缩机,润滑油是供给压缩机的摩擦部位的润滑油，在高压气体冷媒条件下，润滑油通常在摩擦表面与高温金属相接触，因而润滑油应具有充分的耐热性及对冷媒的稳定性。润滑油随着压缩机的高压冷媒被排出，在系统内有相当数量的油与冷媒一起在系统中循环，希望润滑油与冷媒能在充分相溶的状态下，随冷媒的流动回到压缩机。并且对于房间空调器而言，晚上停机等时候，冷媒在压缩机内储存起来，冷媒与润滑油长时间混合会产生分层，再启动时导致润滑不良，因此润滑油也必须能与液态冷媒相溶。,返回,冷凝器（Cond.),从压缩机排出的高温高压气态冷媒、在冷凝器中进行热交换变成高温液态冷媒，冷冻机油必须能与高温液态冷媒相溶。理论上冷媒和油的混合物，在流动至节流膨胀过程之前，应使用干燥剂进行脱水，代表的干燥剂有分子筛，冷冻机油必须具有对这些干燥剂的稳定性。但考虑到成本和设计空间，在系统中不采用干燥过滤器，在运行测试室配管上增加干燥过滤器来吸收水分。,返回,毛细管,节流过程使用膨胀阀或毛细管，油与冷媒液体的混合物从高温很快变成低温，特别对矿物油而言。为避免石蜡的析出使小孔堵塞，油的凝固点应低一些。另外，由于节流会产生物理性的剪断，因此对油还应要求对剪断的稳定性。,返回,蒸发器（Evap.）,低温冷媒经过节流过程进入蒸发器后，冷媒蒸发，冷冻机油在蒸发温度下，会积存在蒸发器内，如果油在低温下也能与冷媒混合，那么冷媒的稀释作用能够保持油的低黏度，可以确保油能返回压缩机；如果冷冻机油在低温下与冷媒溶解性不太好时需要在冷媒中加入助溶剂，确保油能返回压缩机。,返回,其他,冷冻机中使用了各种有机材料，如压缩机中使用的作为电气绝缘材料的绝缘纸与结线，各种阀体中的有机材料等。冷冻机油对这些有机材料必须是稳定的。,返回,对于两类油的性能对比，PVE最大的优点是不水解。POE油极易水解，因为POE为多元固脂类，是由酸和醇合成而来，这一合成过程的化学反应是可逆的酸+醇=脂+水（可逆反应）所以，POE油与水接触就会生成酸和脂，最重要的是生成的酸与金属反应生成盐（金属皂类），而来自金属加工油中的部分物质，在该水解反应中担当了催化剂的作用，大大加速反应过程。POE油水解对系统的影响：,下一页,POE油水解对系统的影响主要有以下三个方面：1、产生的金属皂类是堵塞毛细管的重要物质。2、冷冻油水解后的酸化和润滑性能的劣化，恶化了压缩机滑动部位的磨损状态。3、酸化对系统内的金属有腐蚀作用，也是影响系统耐久可靠性的主要原因。对策？,下一页,所以，对于POE系统，系统设计中布置干燥过滤器是必须的，并且对工艺过程中水分控制要求比R22严格的多是必要的。但干燥过滤器分子筛在高速制冷剂的冲刷下，也较容易脱落，脱落物是堵塞毛细管的重要物质之一。另外，设计空间和成本也是必须考虑的因素。综合多方面的信息，我们决定在系统中不设置干燥过滤器。在流水线运行测试系统上增加干燥过滤器，系统中水分的严格控制由各相关分厂通过严格的控制手段来实现（对此后面讲述详细具体的要求）。,返回,HFC系统存在的两个主要问题是：1、压缩机机械部位的耐久性，在压缩机冷冻机油的选择和机械设计及材料的选择处理等方面由压缩机制造单位采取相应的改善措施。在混合润滑的状态下，只要系统环境不对冷冻油的品质造成破坏性的影响，就可保证系统运行的耐久性。2、毛细管堵塞，如果系统设计或生产控制不当，就可能导致毛细管流量逐渐降低，甚至系统失效并损坏的问题。而该问题短期内很难出现。,造成毛细管堵塞的根本原因有：a、R407c、R410a本身与工作介质相的溶性差；b、冷冻机油与工作介质的相溶性差；基于此两点，系统运行时，在冷媒流过毛细管的过程中，压力、温度降低使部分本来溶解在冷媒和冷冻机油中的物质结晶析出、堆积；经循环流动，最终会因堆积在毛细管入口而导致毛细管堵塞。所以必须弄清这些堵塞毛细管的基本物质，才可以采取相应的预防改善措施。,堵塞毛细管的基本物质有以下几类：工作介质中的高黏度物质，如聚乙烯、氧化蜡、硅油等；金属加工油劣化物质；冷冻机油的劣化物质，如酸化、POE水解及摩擦化学反应生成的金属皂类物质；冷冻机油的舔加剂和有机材料反应的析出物；金属或干燥剂的磨损粉尘。,返回,二、生产制造中应注意的问题,针对HFC系统，无论采用PVE还是POE冷冻油，为保证耐久可靠性和控制毛细管的堵塞，都要进行生产工艺改进并采用比HCFC（如R22）系统更为严格的管理基准。主要从以下六个方面考虑：,HFC系统生产制造工艺必须重视的六个方面1、水分和杂质管理2、润滑油和加工用辅助材料的管理3、真空度管理4、检漏管理5、冷媒成分的管理6、运行测试,1、水分和杂质的管理控制,当系统中有较多的水分和杂质时，就可能促使压缩机滑动件磨耗和部品腐蚀程度的增加，从而使压缩机的长期运行可靠性降低。若有硬质颗粒进入泵体滑动面，则可能会导致剧烈摩擦甚至堵转而是压缩机失效。水分过多则可能引起系统运行过程中的冰堵，杂质和因磨耗腐蚀增加而产生的碎宵与冷冻机油混合而成的油泥也会堵塞毛细管，导致系统瘫痪。,下一页,最重要的是，前面在冷冻机油的选择部分已提到，POE油极易水解生成酸，酸与金属反应生成盐，在系统毛细管的节流作用下，在毛细管出口出形成淤渣堆积，从而造成毛细管堵塞，所以，POE系统对水分的管理控制要求就更加特别的严格。必须采取的对策及原因：R407c压缩机（使用POE油），POE油吸水性比矿物油（R22压缩机）强，因此必须加强水份管理。以下为对各分厂提出的具体要求（必须在工艺文件中明确规定并严格监督执行）：,下一页,外机分厂：1、压缩机在上线时检查吸排气口的密封塞有无脱落或松动，对于密封塞脱落或松动的压缩机一律不得使用，退回外协。2、配管焊接完成后必须有专人检验配管内是否有水分，在上线前用干燥清洁高压空气吹完后在5分钟内装配。3、毛细管组件在装配到冷凝器前要专人检验是否有在毛细管组建组装焊接时有冷却水流入，确保上线焊接的毛细管组件是干燥洁净的。,4、压缩机安装拨掉密封塞后，至抽真空、充注冷媒的时间不得超过30分钟。不允许压缩机上线后有较长时间停留，如中午休息，交接班，更不允许隔班断续生产。要求一批产品连续完成（尤其在湿度较大气候环境下）。根据残渣物的种类，对R22，生产中的残渣物能溶解到油与R22中；对R407c、R410a，生产中的残渣物不能溶解到油与R407c、R410a中；因此必须加强系统中残渣物的管理。铜管分厂、两器分厂应采取的措施：所有配管加工油全部改用日本出光的挥发性油：AF-2A或AF-3A（现使用为F-2AS）。部件加工,油在R22系统中还允许少量残留，但在HFC系统中的残留要求比R22系统严格的很多。焊接时助焊剂与氧化物的清洗。清洗后道工序的烘干。配管、两器的清洗、烘干和管口密封储运。为保证部品在组装前的水分和杂质含量满足要求，所以对烘干处理后放置的时间必须明确要求（24小时密封保存，超过则需重新处理），尤其在较潮湿的天气状况下更应注意。,返回,2、加工用辅助材料的管理,两器及配管加工油，翅片冲压油变更，推荐加工油为日本出光的挥发性油：AF-2A、AF-3A（我们现使用的为F-2AS）；后工序必须加热脱脂，或清洗，密封冷却。防锈剂、清洗剂、卤素残渣物、石蜡、硅油等不得残存。,返回,3、真空度管理,真空泵：原则上可在同一台设备上分两套软管系统；真空泵内部用油要改成R22/HFC通用真空油。外机分厂自行确认更换必要性，保证小批生产能顺利进行。抽真空时，从高低压两侧同时进行，真空度达15Pa以下。真空泵需有防倒流装置。,返回,4、检漏设备,冷媒泄漏设备的变更，必须使用可检R410a的检漏仪，涉及到总装分厂、成品抽检等检漏设备的确认变更。具体由各使用部门自行确认所需数量，不能满足则必须采购，以求满足生产需求。公司现有的部分日本斧山检漏仪更换传感器后可检R407c、R410a。,返回,5、冷媒成分的管理,R410A是由R32和R125构成的亚共沸冷媒。亚共沸冷媒的特性是：气液平衡曲线（压力一定）的露点温度和沸点温度基本相同，冷媒中的多种成分在蒸发（或冷凝）发生相变时，冷媒成分组成比例的变化非常小。所以，R410A气态冷媒即使在空调配管中发生泄漏，其循环冷媒的组成变化也很小。在使用R410A的情况下，几乎可以采取同R22等单一冷媒一样的措施。但是，在充填冷媒时，考虑到容器内冷媒气相、液相的组成变化，采用液态形式进行充填。,下一页,生产线的冷媒封入装置（充氟机），必须为R410a专用，不得与R22或R407c封入装置混用。冷媒封入时，必须从高压侧进行液态冷媒封入。对R407c（非共沸冷媒），气态封入时，冷媒组份变化，R32成分增多，会对系统造成影响。R410a冷媒罐中残余量少于整瓶的5%时，冷媒混合比率可能变化，此时不可再使用退回外协，对此可在供货合同中明确；部分冷媒生产厂家提供的大容器冷媒有测定成分的仪器（建议采用），可直接知道内部成分，当成分变化超出允许范围时不得再使用。,下一页,进货检验确认冷媒的纯度，建议每批进行纯度检验，使用气体色谱分析仪来测定它的各成分的含量，并严格操作规范。纯度一般要求为：纯度99.5%；蒸发残留物质（WT%）0.01%；酸值（WT%）：0.0001%；水分（WT%）：0.002%。当空调系统中冷媒泄漏量超过3%时，将会引起组份性能变化，必须再度抽真空重新充注冷媒。由于HFC的价格很高，故外机分厂必须注意规范操作，避免重复加液带来的较大损失。,6、运行测试,生产线运行测试用室内机，必须为HFC专用，绝不能与R22混用。不能使用橡胶制配管（现用配管材料可以使用）。真条线需要专用的快速接头。连接管增加XH-11分子筛过滤器，工艺、工装及分厂负责落实，因过滤器是真空包装，所以在生产前再装，并在停产时、时保持配管端口密封，专用快速接头密封、干燥保存。注意点：系统低压侧泄漏，高压侧封闭时，务必不要运转压缩机；否则，吸入空气，压缩机爆炸的危险存在（因为压力会异常高）。,返回,R410A设计注意事项,1.耐压强度设计变更:压力规格(高压部),65饱和压力基准,表2R410A和R22的饱和蒸气比较,压力强度对应设计注意点：,系统各耐压件强度提高;耐压强度能力-试验确认（必须）.配管强度提高：配管及连接铜管最小壁厚612.7不得低于0.8mm，15.88不小于1mm.避免应力集中，消音器、过滤器、干燥器、三通等定位点取消(扩口,缩口对应，有待验证，分厂按图纸加工即可)。各种阀(四通阀,高低压阀,单相阀,电磁阀等)耐压强度提高;动作压力提高.注意弯曲部,焊接部,应力集中部等薄弱处的耐压强度.换热器铜管径减小,强度提高,性能提高(R410A低压损式小的优点活用).(国内现状:内外换热器7螺纹管)，弯头壁厚不小于0.7mm.两器螺纹管壁厚经再次确认（采用河南金龙无氟薄壁铜管），可不增加，考虑到IEC的要求较低，可以满足使用要求。,2.材料相容性变更注意点,与冷媒及POE油相容性不明的有机材，不要使用。与R22相比，R410A及POE油对有机材、金属攻击性小，现材料使用基本无问题。阀门密封橡胶件推荐使用HNBR。制造过程水份管理加强（油中水份500PPM以下）时，未必须要设置干燥器。如设置干燥器，原R22用3A分子筛（XH-6）不可使用；推荐使用XH-10；为防止分子筛磨损粉末化，干燥器中分子筛必须用弹簧固定并且干燥器须旁通接入系统，不可直通接入。空调系统中我们不采用。,(与R407C相同),选用分子筛注意事项：1）应选用孔径小于制冷剂分子直径的分子筛。2）干燥剂有导致制冷剂劣化的作用，选择时要十分注意,：不适用：要注意O：适用,干燥过滤器的选择,3.系统匹配性能改善注意点,系统各温度分布与R22同等.(压力分布为R410A物性对应压力).压缩机使用压力条件限制变更,温度限制条件与R22相同.细管化:R410A压损小活用,性能提高,耐压强度提高.螺纹管:齿型优化,换热性能提高.毛细管:与R22相比,加长(R410A压损小).压力表:R410A专用.,有关R410A空调的匹配,(参考/一般情况下),R410A空调制造工程注意事项,旋转压缩机使用条件,压比28。启动时平衡压差P0.05MPa。详见下页，压缩机使用压力条件图。压缩机是按此使用条件进行设计、评价，因此当使用条件超出时，可能导致如下等问题：压缩机可靠性寿命不能确保。低电压过负荷时，出现保护器动作跳停的可能。GMCC:指采用POE油的R410A压缩机,T1工况机种,压力P使用条件,R410A空调施工注意事项,喇叭口加工尺寸:D(mm),JISB8607规格,2.喇叭口加工时,铜管突出量:A(mm),3.喇叭口螺母尺寸:B(mm),4.室内机/室外机连接配管弯曲半径:R(mm),5.弯管芯棒尺寸须变更,R410A使用的铜管壁厚如表3所示。现在市场上的壁厚0.7mm的铜管绝对不能使用于R410A空调。,R410A用扩口加工的尺寸,R22用扩口加工的尺寸,R410A用扩口和扩口螺母的尺寸单位：mm,R22用扩口和扩口螺母的尺寸单位：mm,2配管材料的加工冷媒加工作业时，要注意内部水分、粉尘的进入，不使用空调器用的冷冻机油以外的油，并防止冷媒泄漏的发生。配管加工中使