淺析空調(diào)防爆結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

劉國(guó)虬 黎輝玲

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東佛山528311）

新型環(huán)保制冷劑如R32、R290等，這些新型環(huán)保型冷煤存在“易燃易爆”的缺點(diǎn)，當(dāng)使用可燃性制冷劑的空調(diào)器發(fā)生制冷劑泄露時(shí)，一旦達(dá)到其可燃濃度下限，并且遇到點(diǎn)火源，就有可能引起燃燒甚至爆炸。

1 空調(diào)的發(fā)展

1.1 空調(diào)的發(fā)展起源

空氣的調(diào)節(jié)與居民日常生活息息相關(guān)。傳統(tǒng)的定頻空調(diào)，其缺點(diǎn)是在打開(kāi)或者關(guān)閉的時(shí)候，會(huì)為壓縮機(jī)帶來(lái)很大的耗損，而且其噪音與溫度的浮動(dòng)相對(duì)比較大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)、智能控制技術(shù)的發(fā)展，人們擺脫了傳統(tǒng)定頻定速空調(diào)器的調(diào)節(jié)模式，開(kāi)發(fā)出性能更為優(yōu)良的變頻空調(diào)器[1]。

1.2 空調(diào)制冷劑的發(fā)展現(xiàn)狀

制冷劑主要分為兩類(lèi)，第一類(lèi)為人工合成的制冷劑；第二類(lèi)為天然制冷劑。在第一類(lèi)別中，原來(lái)應(yīng)用范圍較廣的制冷劑CFCs，HCFCs，HFCs等已經(jīng)逐步被淘汰。R1234yf與HFO/HFC是研發(fā)種類(lèi)較新的制冷劑，并且已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)使用。在第二類(lèi)制冷劑中，自然工質(zhì)具有GWP等于0或很低的優(yōu)點(diǎn)，但或者在常規(guī)空調(diào)工況下能效值低或者具有毒性、易燃等特點(diǎn)(R717,R290,R1270)[2]?，F(xiàn)在基本上利用R134a與R410A兩種制冷劑作為替代品，但是這兩者的GWP值相對(duì)比較高。

1.3 普通空調(diào)的結(jié)構(gòu)

空調(diào)器主要包含壓縮機(jī)、節(jié)流部件、蒸發(fā)器與冷凝器；與此同時(shí)，它還可包括加熱和通風(fēng)裝置。而空調(diào)器的室外機(jī)主要包含機(jī)殼、散熱風(fēng)機(jī)、冷凝器、壓縮機(jī)、伴熱帶、溫度傳感器、換向電磁閥[2]。它的室內(nèi)機(jī)則主要包含機(jī)殼、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、溫度傳感器、顯示/接收/操作面板（電路板）、送風(fēng)擺葉電機(jī)、輔助加熱器組成[1]。

2 空調(diào)防爆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 空調(diào)的防爆形式

空調(diào)的防爆形式為防爆壓縮機(jī)，它是空調(diào)的核心部件。它的外殼是由鋼板密封焊接制成的壓力容器，內(nèi)裝壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、壓縮機(jī)組件、壓力保護(hù)裝置、溫度保護(hù)裝置等部件，導(dǎo)線采用密封方式與外殼融為一體，外部?jī)H留出連接插頭，保證外殼密封性，其正常工作壓力為0.4～2.0MPa[1]。在防爆壓縮機(jī)運(yùn)作的時(shí)候，它利用吸與排的接口和管路等其它部分相連，共同構(gòu)成密閉的空間。此空間的內(nèi)部壓力大于外部，并利用熔焊工藝增強(qiáng)其氣密性，防止外面的空氣深入到內(nèi)腔中，這樣，危險(xiǎn)的介質(zhì)無(wú)法觸碰到可燃部位，防爆功能便展現(xiàn)出來(lái)了。第二，防爆室外與室內(nèi)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。室外風(fēng)機(jī)可以依據(jù)GB3836.2-2010對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行隔爆型設(shè)計(jì)，或者依據(jù)GB3836.3-2010進(jìn)行增安型設(shè)計(jì)，還可以依據(jù)GB3836.8-2003進(jìn)行nA型設(shè)計(jì)[2]。其中最重要的是對(duì)扇葉進(jìn)行保護(hù)。室內(nèi)風(fēng)機(jī)可以按照GB3836.2-2010設(shè)計(jì)防爆功能。

2.2 零部件的防爆設(shè)計(jì)

首先，對(duì)室外機(jī)的控制電路進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。對(duì)電路的防爆主要是在各個(gè)部件上安裝上具有防爆性能的外殼。還可以采用防爆元器件，比如常規(guī)的繼電器會(huì)留有孔用于散熱，防爆繼電器會(huì)把孔堵住，并優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其與可燃制冷劑隔離。其次，對(duì)防爆換向電磁閥進(jìn)行防爆設(shè)計(jì)。它是一個(gè)具有冷暖雙功能的部件。依照不同用戶(hù)的選擇，可以通過(guò)它進(jìn)行制冷劑流向的控制，因而實(shí)現(xiàn)冷暖功能的交替?？梢园凑誈B3836.8-2003進(jìn)行nC型設(shè)計(jì)，當(dāng)然如果要求保護(hù)等級(jí)較高，還可以依據(jù)GB3836.9-2006對(duì)該部件進(jìn)行澆封型設(shè)計(jì)[3]。

2.3 整體防爆設(shè)計(jì)

空調(diào)器在線路布置和安裝的時(shí)候應(yīng)該嚴(yán)格按照GB 3836115-2000的要求進(jìn)行。空調(diào)機(jī)組和外部電源以及室內(nèi)外機(jī)之間的連接電纜選用銅芯電纜，電纜芯線截面積應(yīng)至少大于115mm2[3]。本質(zhì)安全電路具有防爆防燃的功能，在出現(xiàn)線路故障的時(shí)候，它可以保持能量不超出范圍，因而避免引燃現(xiàn)象。因此，必須避免其整體的性能受到其他電源的作用，保證它處于被隔離狀態(tài)。本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路的端子間隔距離應(yīng)該大于50mm；它們的導(dǎo)線也應(yīng)該被分開(kāi)捆綁并分流走線；連接它們的插接件之間不可以互相交換使用?？照{(diào)機(jī)組所含有的全部裝備和其整體都必須配備安全、可靠的接地，且接地線必須使用大于4mm2的銅芯線。為防止靜電放電引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故，機(jī)體外殼選用表面絕緣電阻值不超過(guò)1GΩ的材料[3]。另外，空調(diào)器整體防爆還可以用阻擋方式把有可能泄露的可燃制冷劑與點(diǎn)火源隔離開(kāi)。EN60335-2-40以及GB4706.32-2012規(guī)定，凡是折彎角度大于90°的銅管均具有泄露可能，因此空調(diào)室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)可以采用阻擋方式把銅管與電控盒隔離開(kāi)來(lái)，比如在室內(nèi)蒸發(fā)器右端可以增加防護(hù)端罩，室外機(jī)采用密封電控盒等，可以有效阻止因泄露而進(jìn)入電控盒內(nèi)的可燃制冷劑，防止可燃制冷劑點(diǎn)燃和爆炸發(fā)生。

3 空調(diào)防爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題

3.1 空調(diào)器中的加熱器往往無(wú)法達(dá)到防爆設(shè)計(jì)要求

雖然空調(diào)機(jī)對(duì)風(fēng)量有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，但是在加熱器的外部達(dá)到的最高溫度仍然比較高。如果利用降低其工作功率來(lái)防止此現(xiàn)象，則空調(diào)器的制熱性能進(jìn)會(huì)相應(yīng)的減弱，這是空調(diào)防爆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中急需解決的問(wèn)題。如果使用熱管技術(shù)，由于其使用時(shí)間比較短，投入費(fèi)用比較高，所需空間比較大，則在空調(diào)器安裝的時(shí)候會(huì)遇到許多問(wèn)題。很多學(xué)者對(duì)改善空調(diào)器的輔助電加熱設(shè)備做了很多的試驗(yàn)，并擁有很多的相關(guān)資料與數(shù)據(jù)，如若妥善利用則會(huì)創(chuàng)造更高的價(jià)值。

3.2 可燃制冷劑替代問(wèn)題

在人工合成制冷劑中存在許多問(wèn)題，比如說(shuō)HFCs物質(zhì)，它的使用時(shí)限很長(zhǎng)，但是不容易被降解，即使分解之后也會(huì)產(chǎn)生許多其他的有害物質(zhì)。與此同時(shí)，它的GWP值都很高，當(dāng)人們不斷的使用此物質(zhì)的時(shí)候，會(huì)在生活環(huán)境中積累很多此物質(zhì)，因而導(dǎo)致溫室效應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。R290、R32及R161等可燃制冷劑是較為理想的CFCs及HCFCs替代物，但由于其可燃性限制了它們的使用，目前僅在充裝量比較小的電冰箱上使用[3]。

3.3 制冷劑管理不當(dāng)

由于制冷劑泄漏會(huì)導(dǎo)致爆炸現(xiàn)象，因?yàn)槠涔芾砉ぷ魇种匾??？照{(diào)冷凍裝置是一個(gè)封閉的系統(tǒng)，常規(guī)泄漏、不規(guī)范的維修及回收過(guò)程造成的泄漏是制冷劑直接排放的主要因素[2]。在很多廠商制造空調(diào)機(jī)的過(guò)程中添加的制冷劑量比較多，因而對(duì)環(huán)境造成了很大的污染。所以使用一些高效換熱器技術(shù)來(lái)減輕此問(wèn)題是十分必要的。并且要在安裝及維修過(guò)程中要加強(qiáng)其再回收與利用的工作，并加強(qiáng)對(duì)工作人員的環(huán)保意識(shí)的培訓(xùn)。

4 結(jié)語(yǔ)

為了提高空調(diào)器的環(huán)保性能，新型制冷劑已開(kāi)始普及使用，比如日本大金、富士通等企業(yè)已經(jīng)在其國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)采用了R32制冷劑。但是其易燃易爆性是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，研究空調(diào)的防爆性能便應(yīng)運(yùn)而生。必須從各部件到整體進(jìn)行防爆處理，才能更好的提高其安全性。

［1］王利，何小渝.中國(guó)制冷空調(diào)行業(yè)制冷劑替代策略的思考[J].制冷與空調(diào)，2011,1（11）：95-100.

［2］李瑞，孫景富，張浩.關(guān)于防爆空調(diào)的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[J].電氣防爆，2012,3（12）：17-18.

［3］張浩，徐偉巍，付長(zhǎng)全.變頻空調(diào)的防爆技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].電氣防爆，2010,3（25）：10-12.