電冰箱安全標準GB 4706.13-201X草案對跨臨界制冷系統的特殊要求

吳曉麗 蔡寧 蔣皓靜

（中國家用電器研究院 北京 100053）

1 前言

隨著全球環保意識的不斷增強,尋找新的環境友好型天然制冷劑,替代對臭氧層有破壞作用并能產生溫室效應的CFCs、HCFCs制冷劑成為當前急需解決的問題。CO2是一種天然工質，既不破壞臭氧層，溫室效應又低，而且無毒、不可燃，并具有單位容積制冷量高等優點，隨著近幾年跨臨界制冷系統的發展，二氧化碳作為天然制冷劑又重新被應用到制冷器具當中。但由于CO2工質的高臨界壓力和低臨界溫度特性，其運行壓力將高于傳統制冷系統，并對系統的結構和部件提出更高的要求來保證其安全運行。

現行的GB 4706.13-2008《家用和類似用途電器的安全制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》標準中并沒有專門的內容來考核跨臨界制冷系統的安全性能，考慮到這一點，我們在正在修訂的GB 4706.13-201X草案中增加了針對跨臨界制冷系統尤其是CO2跨臨界制冷系統的相應考核內容，來保證跨臨界制冷系統的安全性能。

2 標準制定原則及安全要求

2.1 標準制定原則

在跨臨界制冷系統滿足GB 4706.13現行標準安全要求的同時，又針對跨臨界制冷系統自身的特點，制定了一些特殊的要求。

跨臨界制冷系統與非跨臨界制冷系統相比，主要存在如下差異：

1）跨臨界循環。跨臨界制冷系統的高壓側處于超臨界狀態，低壓側處于亞臨界狀態，而常規的制冷系統高、低壓側均處于亞臨界狀態；

2）運行壓力高。如表1所示，跨臨界CO2制冷系統高壓側最高允許壓力可達14MPa，而非跨臨界制冷系統既使壓力較高的R410A，高壓側最高允許壓力一般不超過4.6MPa。運行壓力過高，使得壓縮機、冷卻器、連接管路等部件要處于高壓下工作，而且加大了制冷劑外泄的可能性，因此，對設備的力學性能、制作工藝等都提出了更高的要求。

3）排氣溫度高。跨臨界制冷系統的排氣最高溫度范圍可達125℃-164℃，而非跨臨界制冷系統使用的壓縮機最高排氣允許溫度一般不高于125℃；

4）雙級壓縮系統。由于跨臨界制冷系統的運行壓力高，雖然壓縮比不大，但高、低壓側的壓力差較大，部分系統采用雙級壓縮措施。因此確定壓力安全措施時，需要考慮中壓側壓力安全問題。

針對上述差異，在GB 4706.13的修訂稿中分別從定義、標志和說明、結構、元件等章節增加了相應的內容來考核跨臨界制冷系統。

2.2 標準安全要求

2.2.1 定義

定義中給出了跨臨界制冷系統、氣體冷卻器、設計壓力、爆破片、壓力釋放裝置等一系列與跨臨界制冷系統相關的定義。

跨臨界制冷系統最大的特點就是工質的吸、放熱過程分別在亞臨界區和超臨界區進行。壓縮機的吸氣壓力低于臨界壓力，蒸發溫度也低于臨界溫度，循環的吸熱過程仍在亞臨界條件進行，換熱過程主要依靠潛熱來完成。但壓縮機的排氣壓力高于臨界壓力，工質的冷凝過程與亞臨界狀態完全不同，換熱過程依靠顯熱來完成。因此高壓側的換熱器被稱作氣體冷卻器，在氣體冷卻器中，二氧化碳工作在超臨界狀態，始終處于氣態，并不發生一般冷凝器中的冷凝液化過程。受二氧化碳物性的制約，空氣冷卻器中制冷劑側壓力很高。設計壓力為制冷系統高壓側的儀表壓力；壓力釋放裝置是跨臨界制冷系統中當壓力過高時自動釋放壓力的安全裝置，爆破片是壓力釋放裝置的一種。

表1 制冷劑高低壓側最大允許壓力及壓縮機最小試驗壓力

2.2.2 標志和說明

清晰明了的標志說明對安全尤為重要，尤其對使用者或相關的安裝、維修人員可以起到提醒、警示的作用。因此，新的標準草案中針對跨臨界制冷系統的壓力過高的特點而要求在器具、銘牌和說明書上提供相應的警示語，具體如下：

1）對跨臨界制冷系統中使用R744的器具應在器具上以及說明書中標明下述內容：“警告：制冷系統包含高壓狀態的制冷劑。不得破壞制冷系統。系統的維修必須由專業人員來進行。”

2.2.3 結構

為了確保跨臨界制冷系統在系統出現異常高壓時能夠通過正常釋放二氧化碳來確保系統的安全，而對采用跨臨界制冷系統的結構提出了新的要求。

表2 最小測試壓力

1）要求在制冷系統的高壓側，壓縮機上或壓縮機與氣體冷卻器之間應裝有一個壓力釋放裝置，且在壓縮機與壓力釋放裝置之間除了管道外不應有導致壓力降低的斷開裝置或元件。

2）為保證壓力釋放裝置能夠正常工作，應滿足如下條件：

a)壓力釋放裝置應安裝在釋放制冷劑時不會對使用者造成危害的位置，孔徑應確保正常使用中不被堵塞；

b)壓力釋放裝置不能被用戶設置；

c)壓力釋放裝置不應高于高壓側的設計壓力。（高壓側設計壓力應≥14MPa）

3）制冷系統包括所有元件應能經受正常使用、非正常使用及靜止狀態下可能產生的壓力。通過下述壓力試驗來驗證系統是否滿足要求。

壓力試驗：選擇一個完整的制冷系統，試驗在高壓側和低壓側分別進行。使壓力釋放裝置不工作，壓力逐漸升高至不小于表2的壓力，壓力持續1min，部件不應泄漏。

注：對于在高低壓側之間中間壓力的制冷系統，所有部件承受的中間壓力被視為低壓側。

2.2.4 元件

1)增加了跨臨界制冷系統的壓力釋放裝置循環次數的要求：

a)爆破片式壓力釋放裝置，需提供3個單獨的樣品，且爆破片在每個樣品上都以相同的方式運行，循環次數1次；

b)電子式壓力釋放裝置，若為自動控制，則循環次數30000次；或為手動復位，則循環次數300次。

2)電子式壓力釋放裝置應滿足GB 14536.7且應為2B（即要求該壓力釋放裝置為微斷開操作，且規定了操作值、操作時間或操作程序的制造偏差和漂移）和2N型（要求該壓力釋放裝置對于敏感動作，不應有由于敏感元件本身或與其相連的分斷裝置部件泄漏而引起的操作值的增加）；應有一個2E型自由托扣裝置（即在故障條件下，不會阻礙觸頭打開，也不會保持觸頭閉合，以防止故障持續的自由托扣機構）；不應有正向偏差和漂移。

3)不屬于GB 14536.7范圍的機械式壓力釋放裝置運行壓力不應超過裝置設定值的+10%。

4)沒有通過ISO 4126-2認證的爆破片式壓力釋放裝置，應隨整機進行ISO 4126-2中14.3.4的試驗。即將爆破片式壓力釋放裝置安裝在位，使入口壓力增加至最小爆破壓力的90%并維持至少5s，然后在不超過120s的時間里線形增加入口壓力直至爆破片式壓力釋放裝置爆破。

5)所有壓力釋放裝置元件上應標注制造商或責任承銷商的名稱、商標或識別標志以及型號名稱或系列號。

6)壓力釋放裝置應能釋放足夠量的制冷劑，使得釋放制冷劑時的壓力即使在壓縮機處于運行狀態也不會增大到超出壓力釋放裝置設定壓力值。

3 小結

CO2制冷劑的應用前景是十分樂觀的。可口可樂公司目前已經在花巨資研制以CO2為制冷劑的零售冷藏設備，隨著技術的不斷提高，相信不久的將來CO2制冷系統將會更廣泛的應用在家用制冷器具上。

此次標準修訂，增加對跨臨界制冷系統產品結構和元件安全性的特殊要求，通過進行相應的安全性檢驗，使器具在節能環保的同時也保證使用者的人身和財產安全。

希望通過本文的介紹，使生產跨臨界制冷系統的電冰箱企業了解新版標準的具體要求，在產品的設計研發階段就考慮標準的相應要求，為將來順利通過CCC認證做好準備。

[1]GB 4706.13-201X《家用和類似用途電器的安全 制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》

[2]GB 4706.17-2010《家用和類似用途電器的安全 電動機-壓縮機特殊要求》

[3]丁國良，黃冬平.二氧化碳制冷技術.北京：化學工業出版