新型制冷劑R410A應如何應用
[制冷網訊]目前在家用空調器中，R22仍是普遍使用的制冷劑。R22作為HCFC類制冷劑，其ODP（臭氧消耗潛能值）雖然較低（僅為R12的5%），但長期使用，對臭氧層的破壞作用仍是不可忽視的，因此，近年來人們一直在積極努力地尋找R22的替代品。
R134a（異四氟乙烷，C2H2F4）是最早被人們選定的作為R22的替代品，但曾被人們認為是理想的R22替代品的R134a，無論在家用空調市場還是在商用空調市場，最終卻都未贏得廣泛的認可。R134a作為R22的替代品，擁有許多令人滿意的特點，但由于它的低壓特征決定了用R134a的系統必須使用較大體積的壓縮機，因而導致了系統成本的增加，因此，R134a又被慢慢地放棄，目前只被用于運行壓力較低的汽車空調中。
從上世紀90年代中期，人們又開始選用R407C（HCF類制冷劑）作為R22的替代品。R407C有著與R22相當的運轉壓力和溫度，R407C具有零臭氧消耗潛能值和非常低的全球升溫潛能值，在許多情況下，只需對R22系統稍作改進，就可以使用R407C作替代品。曾在歐洲市場得到了廣泛的認可。但由于R407C系統在高壓排氣時會存在明顯的溫度漂移，很難達到與R22系統相匹配的效率，因此，日本空調制造商一方面大量生產R407C產品向歐洲出口，另一方面在日本本土對R407C的認可度卻很低，取而代之的是另一種同屬于HCF類的R410A制冷劑。在美國，雖然對R22制冷劑的替代顯得比較清晰，但R407C制冷劑卻從未受到空調制造業的青睞，所選擇的替代品也是R410A。就是在較早實現對R22制冷劑的淘汰的歐洲，在使用了數年R407C制冷劑后，也終于開始向R410A轉變?？梢钥隙ǖ氖?，R410A制冷劑是目前世界范圍內取代R22制冷劑的最佳選擇。雖然其優缺點參半，但較之R134a和R407C，R410A獨特的優勢更為吸引人，預計R410A制冷劑將會逐漸成為空調設備的主流制冷劑。
由于R410A制冷劑在其特性上與R22有較大的區別，所以，要想適應R410A系統的維修、調整，首先要掌握R410A制冷劑的各種特性、R410A制冷系統的主要特征，以及維修、調試該系統時需要掌握的一些相關技術技能。下面就對這些相關知識分別進行介紹，以便于制冷維修人員對R410A制冷劑及R410A制冷系統的了解，更好地掌握對R410A制冷系統的維修技術。
1、R410A制冷劑的主要特點
R410A是一種雙組份的非共沸混合制冷劑，由R32 / R125（50% / 50%）混合而成。R410A與R407C一樣，具有零臭氧消耗潛能值和非常低的全球升溫潛能值，其臭氧層破壞系數（ODP）為0，泄放的氣體不會對大氣臭氧層造成破壞作用；地球溫暖化系數（GWP）為1730，與R22基本相同。R410A的容積制冷量冷量大，熱傳遞性能優于R22，翅片式換熱器的熱傳遞比R22系統高出35%（R134a、R407C的熱傳遞系數均略小于R22）；R410A在同等質量流量下，R410A的壓降較小，便于采用更小口徑的管路及閥門，蒸發器、冷凝器等部件也可做的小一點，降低了系統成本，并且可以減少30%的制冷劑充注量。高效的熱傳遞和較小的壓降使R410A在與R22相同的運行條件下具有較小的壓縮比，壓縮機在耗電更少、效能比更高的情況下，獲得一個更好的運行范圍。如果系統設計合理、恰當，在相同冷量、相同冷凝溫度的制冷系統中，R410A系統的效能比（COP）可以比R22高出6%。R410A的缺點是臨界溫度較低，不適和高溫環境下使用，但對于水冷式冷凝不會產生影響。
R410A的熱力性質見表1。
表 1    R410A制冷劑飽和狀態熱力性質表
溫 度
℃ 壓 力
bar 液體比容
dm3 / kg 氣體比容
m3 / kg 液體焓
kJ / kg 氣體焓
kJ / kg 液體熵
kJ/（kg?K） 氣體熵
kJ/（kg?K）
-50 1.134 0.7258 0.21819 130.11 398.28 0.7206 1.9223
-45 1.438 0.7339 0.17470 136.56 401.28 0.7491 1.9094
-40 1.803 0.7425 0.14128 143.10 404.23 0.7773 1.8973
-35 2.237 0.7518 0.11529 149.74 407.12 0.8054 1.8861
-30 2.749 0.7617 0.09485 156.49 409.93 0.8333 1.8756
-25 3.347 0.7723 0.07862 163.36 412.67 0.8611 1.8658
-20 4.041 0.7838 0.06561 170.35 415.31 0.8888 1.8564
-15 4.842 0.7962 0.05508 177.47 417.85 0.9164 1.8476
-10 5.759 0.8096 0.04649 184.74 420.27 0.9440 1.8390
-5 6.803 0.8243 0.03943 192.17 422.55 0.9717 1.8308
0 7.986 0.8403 0.03358 199.77 424.67 0.9994 1.8228
5 9.320 0.8579 0.02870 207.57 426.63 1.0273 1.8149
10 10.817 0.8773 0.02461 215.60 428.38 1.0555 1.8070
15 12.489 0.8990 0.02115 223.85 429.92 1.0838 1.7990
20 14.350 0.9232 0.01821 232.36 431.20 1.1126 1.7908
25 16.415 0.9505 0.01569 241.18 432.18 1.1417 1.7823
30 18.698 0.9817 0.01353 250.36 432.82 1.1715 1.7734
35 21.214 1.0177 0.01166 259.94 433.06 1.2021 1.7638
40 23.981 1.0599 0.01003 270.02 432.80 1.2336 1.7534
45 27.014 1.1104 0.00860 280.70 431.94 1.2664 1.7418
50 30.333 1.1722 0.00734 292.16 430.32 1.3009 1.7285
55 33.957 1.2507 0.00621 304.66 427.65 1.3379 1.7128
60 37.908 1.3561 0.00518 318.64 423.48 1.3787 1.6934
65 42.209 1.5124 0.00420 335.18 416.78 1.4261 1.6674
注：1bar = 0.1MPa
由表中可以看出， R410A的壓力比R22明顯高出很多。在同樣的溫度條件下，R410A的飽和壓力約為R22的1.5 ~ 1.6倍，這就要求R410A系統管路及各部件要有更高的耐壓強度。
在同樣的工況條件下，R410A的單位質量制冷量略少于R22，如圖1所示：
 
從圖中可以看出，在蒸發溫度t 0 = 5℃、冷凝溫度t k = 50℃、過冷溫度t r?c 和吸氣溫度t 1均為30℃的工況條件下，R22的單位質量制冷量為 414.54 – 236.65 = 177.89（kJ / kg），而410A的單位質量制冷量為 426.63 – 250.36 = 176.27（kJ / kg），比R22少1.62 kJ / kg 。雖然R410A的單位制冷量小于R22，但由于R410A在管路中的流動性能明顯優于R22，使得系統制冷劑流量增大，彌補了單位制冷量稍差的不足；再加上R410A高效的熱傳遞性能，使系統的總制冷量明顯大于R22制冷劑，系統的性能系數（系統效能比）更優于R22系統。
2、R410A的制冷劑的理化特性　
1）R410A的基本特性見表2（與R22對照）
表 2    R410A、R22基本特性對照表
序號 制冷劑 臭氧層破壞系數ＯＤＰ 地球溫暖化系數ＧＷＰ 可燃性 毒性 壓力
1 Ｒ22（CHF2Cl） 0.055 1,700 不燃 無 1
2 Ｒ410A（R32/R125=50/50） 0 1,730 不燃 無 約1.6
注：ODP: Ozone Depletion Potential   R12 對臭氧層破壞系數為1
GWP: Global Warming Potential　　CO2   對地球溫暖化系數為1
壓力參數以R22飽和壓力為1，R410A冷媒是R22冷媒的倍數。

2）R410A液相添加和氣相添加組分變化
R410A制冷劑在液相加注和氣相加注時所加注的兩種成分的比例是不一樣的，如圖2所示，虛線（R32）和點畫線(R125)曲線代表氣相添加時組分的變化；粗實線(R32和R125)代表液相添加時組分的變化。
從圖中可以看出，當R410A制冷劑以液態進行加注時，其組分始終保持不變，而當以氣態加注時，其組分就會產生變化，這是因為組成R410A的是兩種沸點不同的制冷劑，以各為50%的比例混合而成，容器中的液體部分其混合比例不容易變化，但由于在相同溫度條件下兩種成分的氣化量不同，所以容器中氣體部分兩種成分的組成比例就會出現變化。開始加注時，注入的氣體中R32的比例增大而R125的比例減小，加注量達到80%多以后，R125的比例逐漸增大，最終超過正常比例，R32的比例同時減少至低于正常比例。因此，在加注R410A制冷劑時，為了保持其組分的正常比例，以保證R410A系統的熱力性能，必須以液態的方式進行加注。
3）R410A系統的運行特點
R410A制冷系統的運行特點主要體現在系統壓力上，表3給出R410A和R22兩種制冷系統壓力參數的對比，可以看出，無論是正常工作壓力，還是最大工作壓力，410A均為R22的1.5~1.6倍。
表 3    R410A與R22壓力參數對照表
 工 作 壓 力 最 大 壓 力
 制冷方式 制熱方式 吸氣側 排氣側
R410A 0.6~0.96Mpa
(6~9.6bar) 2.25~3.36Mpa
(22.5~33.6bar) 2.7Mpa
(27bar) 4.15Mpa
(41.5bar)
R22 0.4~0.6Mpa
(4~6bar) 1.5~2.1Mpa
(15~21bar) 1.6Mpa
(16bar) 2.55Mpa
(25.5bar)
4）410A系統使用的潤滑油
制冷壓縮機所用的冷凍潤滑油根據制冷劑的不同，大致分為礦類潤滑油和合成潤滑油兩種，R22系統使用的是礦類潤滑油，R410A系統使用的是合成潤滑油。合成油又分為：AB、PVE、PPE、PAG、POE、PC等多種，目前多數R410A系統壓縮機使用的是PVE（醚類）和POE（酯類）冷凍潤滑油。這兩種冷凍潤滑油的特性見表4。
表 4    PVE、POE冷凍潤滑油的特性
 PVE（醚類） POE（酯類）
粘度（mm2/s@40℃）
（mm2/s@100℃） 64.2 60.2
 7.67 7.68
粘度指數 77 88
密度（g/cm3@15℃） 0.926 0.960
流動點（℃） -40 -35
總酸值（mgKOH/g） 0.01> 0.01
電阻率（Ω?cm，RT） 1.e+14 8.e+13
加水分解穩定性 穩定 反應
PVE類潤滑油與水沒有分解作用，跟金屬加工油穩定性和互溶性比POE好，使毛細管堵塞的可能性較小，因此，在一些使用PVE潤滑油的系統中不設干燥過濾器。
R410A系統內絕不允許混入其它機油，以免系統內產生油泥而造成毛細管、膨脹閥堵塞現象。用于對R410A系統進行抽空的真空泵必須設有防止機油倒流的裝置（止回閥），以避免關閉真空泵后真空泵中的機油倒流進系統中。

3、R410A系統的配管材料及所需的專用工具
1）配管材料
R410A系統所用的配管及連接頭使用的材料基本與R22冷媒相同，只是其規格要求有所變化。另外，在選用配管和連接頭方面，需要使用附著在內面上不純物少的材料。銅管材料要求TP2M，使用附著油量小于40mg/10m的配管。銅管的壁厚，要遵守《銅配管設計規范》的規定，按照表5的要求選擇R410A允許使用的銅管壁厚：
表 5    R410A系統用銅管規格
銅 管 外 徑
（mm） 銅 管 壁 厚
（mm）
6.35 0.80
9.52 0.80
12.7 0.80

對于壁厚為0.7mm的銅管以及銅鋁管，絕對不能使用。
為保證冷媒泄漏要求，大于外徑12.7的喇叭口螺母（銅鈉子）的尺寸、形狀，R410A和R22所用的有所差別，使用時，一定要對尺寸進行確認。銅鈉子具體規格見圖3、表6。

          
         表 6    銅鈉子六方對邊尺寸H（mm）
銅 管 外 徑 R410A R22
6.35 (1/4 in) 17 17
9.52 (3/4 in) 22 22
12.7 (1/2 in) 26 24

            
2）專用工具
R410A系統因為制冷劑的性質及其壓力特性，所用的工具和設備與R22系統有所不同，以前再R22系統上用的工具設備不能直接用于410A系統中。圖4是R410A系統常用到的部分工具設備。
 
a）專用擴口器
由于R410A系統所用的通關壁厚比R22系統的要厚一些，所以，原用于加工R22系統銅管喇叭口的擴口器不適用于加工r410a系統的銅管，必須用專用的擴口器。用于R410A的專用擴口器帶有粉紅色標記（見圖4所示）。
由于在加工時夾緊工具的支撐孔會變大、擴管力矩增強，導致工具內部的彈簧受力增加，R410a所用的擴口器銅管夾具的配合尺寸定為0 ~ 0.5mm。用于R410A銅管的擴口工具也可以在R22系統中使用。
b）量規
量規是在加工銅管喇叭口時調整擴管加工余量用的。加工其它冷媒管時所用的量規也可以直接用于加工R410A所用銅管，加工的余量上限范圍應在1.0mm～1.5mm之間。
c）力矩扳手
用于φ12.7mm（1/2in）銅管鈉子的緊固。R410A專用的力矩扳手其開口尺寸為26mm，扳手靠把手部位有粉紅色標記。
d）組合表閥
因為R410A壓力比R22高出50%以上，原來用于R22系統的壓力表不能在R410A系統中使用。用于R410A系統的組合表閥從外形上與原來的基本相同，但表頭所能測量的壓力值大一些，表體上使用字符標記或涂有粉紅色標記。表6給出R410A專用表閥與R22所用表閥壓力測量范圍的數據對照：
表 6    兩種系統壓力表測量范圍對照表
 R410A專用 R22用
高壓表（紅） -0.1～5.3Pa
（-76cmHg～53kgf/cm2） -0.1～3.5Pa
（-76cmHg～35kgf/cm2）
低壓表（綠） -0.1～3.8Pa
（-76cmHg～38kgf/cm2） -0.1～1.7Pa
（-76cmHg～17kgf/cm2）
為了防止其它制冷劑混入R410A系統，R410A組合表閥的各接口都做了改動，接口絲頭由原來的7/16 UNF 20齒改為1/2 UNF 20齒，使原用的軟管接口及銅鈉子無法在R410A專用表閥上使用。
e）加注軟管
由于R410A的壓力較高，對加注軟管的耐壓要求也提高，因此在R410A專用加注軟管的材質及耐受HFC方面也進行了更改。接口尺寸同樣改為1/2 UNF 20齒，還在接口附近加設一個防止氣體反沖的閥門（截止閥），或在接系統端增加一個單獨的控制閥。
R410A與R22所用加注軟管的區別見表7：
表 7    兩種加注軟管對照表
制冷劑 R410A R22
耐壓 常用壓力 5.1Mpa(52kgf/cm2) 3.4Mpa(35kgf/cm2)
 破壞壓力 27.4Mpa(280kgf/cm2) 17.2Mpa(175kgf/cm2)
材    質 HNBR橡膠
內部尼龍 CR橡膠
接口尺寸 1/2  UNF   20齒 7/16  UNF   20齒

f）對R410A系統進行抽真空時，為了防止真空泵中的礦類潤滑油回流進系統中，與R410A系統中的潤滑油混合而產生油泥，需要在真空泵吸氣端加裝一個與真空泵同步控制的電磁截止法（止回閥），當真空泵關機時，同時關閉止回閥。連接真空泵的加注軟管接口可以在R22（7/16 UNF 20齒）和R410A（1/2 UNF 20齒）中互換使用。
g）電子稱
為了保證系統制冷劑的定量充注精準，最好使用電子稱進行制冷劑的加注稱量。
h）制冷劑鋼瓶
R410A制冷劑專用的鋼瓶，一般直接使用制冷劑名稱進行標注，同時，還按照美國ARI的要求進行顏色標注（粉紅色）。鋼瓶接口同樣采用1/2 UNF 20齒規格的接頭。為了保證液體充注，鋼瓶應帶有虹吸管，或在加注時使鋼瓶倒立進行充注。
i）檢漏儀
必須使用高靈敏度的HFC類制冷劑專用泄漏檢測儀
R410A使用的檢漏儀也可以使用在R22的檢測中,但R410A不能使用以前R22所使用的檢測產品。

4、R410A系統的安裝、維護操作
1）銅管擴口加工
R410A所用的擴口加工尺寸與R22有所不同，所以，建議使用R410A專用的擴口工具進行擴口加工。如果使用以前的工具進行擴口加工，應參照圖5、表8對銅管的誤差進行修正后方可使用。
                         
                    表 8    喇叭口尺寸
銅 管 外 徑 尺 寸 A（mm）
 R410A R22
6.35 (1/4) 9.1 8.6 ~ 9.0
9.52 (3/8) 13.2 12,6 ~13.0
12.7 (1/2) 16.6 15.8 ~ 16.2
15.88 (5/8) 19.7 19.0 ~ 19.4
19.1 (3/4) 24 22.9 ~ 23.3

2）配管的折彎加工
室內、室外機的配管折彎半徑R應按照圖6、表9所示進行加工。加工過程中應盡量避免非正常變形、破裂現象。使用最小半徑折彎時，應使用硼砂混合物配合加工。

      
              表 9    銅管折彎半徑
銅 管 外 徑 正常 R（mm） 最小 R（mm）
6.35 (1/4) ＞100           ＞30
9.52 (3/8)  
12.7 (1/2)  

3）配管連接部位及閥帽的緊固
R410A的壓力比R22高1.6倍左右，所以，在連接室內、室外機組的擴口配管時，要使用力矩扳手，按規定的力矩（見表10）進行可靠的緊固連接，一旦出現連接不良，不僅僅是氣體泄漏制冷劑減少的問題，還會導致制冷劑組分變化引起系統工況變化等一系列問題。

                        表 10    喇叭口螺母（銅鈉子）緊固力矩
銅 管 外 徑 緊 固 力 矩
6.35 （1/4） 16 ~ 18 N ﹒m (1.6 ~1.8 kgf ﹒m)
9.52 (3.8) 30 ~ 42 N ﹒m (3.0 ~4.2 kgf ﹒m)
12.7 (1/2) 50 ~ 62 N ﹒m (5.0 ~6.2 kgf ﹒m)

另外，管路中的截止閥及修理口的封帽也要按照表11所示力矩進行緊固。

表 11    閥帽、修理口封帽緊固力矩
閥 帽 管  徑 緊 固 力 矩
 6.35（1.4） 16 N ﹒m  (1.6 kgf ﹒m)
 9.52（3/8） 30 N ﹒m  (3.0 kgf ﹒m)
 12.7（1/2） 
修 理 口 封 帽 9 N ﹒m  (0.9 kgf ﹒m)

4）系統管路的抽真空及充注制冷劑操作
R22系統在安裝時可以采用系統內的制冷劑或用外部的制冷劑對連接管路及室內機組進行排空，但R410A系統絕不允許采用這種排空方法，必需使用真空泵進行徹底抽空后封閉管路系統，然后開通氣、液閥連通管路系統。真空泵應設有與真空泵同步動作的止回閥，以防止泵內的潤滑油倒流進入制冷系統，導致制冷系統的損壞。
系統管路的真空處理及充注制冷劑操作步驟：
A．按照圖7所示連接機組、表閥及真空泵
B． 抽真空操作：
新空調安裝時只需要在室內、室外機組通過連接管連接好后對連接管、室內機組進行抽真空，此時應讓室外機組氣、液閥均保持完全關閉狀態，打開修理表閥，同時開啟真空泵和止回閥，進行抽真空；如整個系統需重新充注制冷劑，則應對全系統管路進行抽真空，此時應將室外機組的兩個閥都打開，然后開啟修理表閥、真空泵和止回閥進行抽真空。
C．抽真空時間大約30s ~ 1min時，稍松動一
下連接管接口部位的鈉子，確認喇叭口處能有空氣吸入，重新緊固好鈉子，繼續進行抽真空。
D．時間要在10分鐘以上，并且確認壓力表指示值達到-0.1Mpa（-760mmHg），按順序關閉修理表閥、真空泵和止回閥。
E．保持系統真空狀態1~2分鐘，觀察壓力表指示值，確認指針未有變化，方可進入下一步操作。
F．如果是新空調器，應將室外機氣、液閥全部打開，拆下充注軟管，裝上工藝口封帽并可靠緊固；如果是需要重新充注制冷劑的空調器，此時應拆下止回閥處與修理表閥連接的軟管接口，改接在制冷劑鋼瓶上，然后旋松軟管另一端修理表閥處的接口，將制冷機鋼瓶倒置（如果是如圖8所示帶有虹吸管的鋼瓶，則不需要倒置鋼瓶），緩緩開啟瓶閥，用液體制冷劑趕出軟管中的空氣，待軟管接口處有制冷劑噴出時，迅速旋緊軟管接口，用定量充注法向系統內充注制冷劑液體。
G．用專用HFC檢漏儀對各連接部位、閥芯閥帽等易泄露部位進行仔細檢漏，確保系統無泄漏情況存在。
H．進行試機運行，確?？照{器處于正常運行狀態。
5）R410A系統補充制冷劑
因為系統泄露造成制冷劑不足時，由于制冷劑是在氣態下泄露的，系統內R32和R125兩種成分的組成比例已經發生了變化，因此原則上是不允許進行補充制冷劑處理的。但考慮到R410A制冷劑價格較貴，完全放掉系統內的制冷劑太可惜，所以在制冷劑泄漏量較小時，允許通過補充制冷劑液體來保證系統的正常制冷性能。補充制冷劑的操作在一個系統中最多不能超過3次。