淺析空調防爆結構與設計

劉國虬 黎輝玲

（廣東美的制冷設備有限公司，廣東佛山528311）

新型環保制冷劑如R32、R290等，這些新型環保型冷煤存在“易燃易爆”的缺點，當使用可燃性制冷劑的空調器發生制冷劑泄露時，一旦達到其可燃濃度下限，并且遇到點火源，就有可能引起燃燒甚至爆炸。

1 空調的發展

1.1 空調的發展起源

空氣的調節與居民日常生活息息相關。傳統的定頻空調，其缺點是在打開或者關閉的時候，會為壓縮機帶來很大的耗損，而且其噪音與溫度的浮動相對比較大。隨著計算機技術、變頻技術、智能控制技術的發展，人們擺脫了傳統定頻定速空調器的調節模式，開發出性能更為優良的變頻空調器[1]。

1.2 空調制冷劑的發展現狀

制冷劑主要分為兩類，第一類為人工合成的制冷劑；第二類為天然制冷劑。在第一類別中，原來應用范圍較廣的制冷劑CFCs，HCFCs，HFCs等已經逐步被淘汰。R1234yf與HFO/HFC是研發種類較新的制冷劑，并且已經開始進行試驗使用。在第二類制冷劑中，自然工質具有GWP等于0或很低的優點，但或者在常規空調工況下能效值低或者具有毒性、易燃等特點(R717,R290,R1270)[2]。現在基本上利用R134a與R410A兩種制冷劑作為替代品，但是這兩者的GWP值相對比較高。

1.3 普通空調的結構

空調器主要包含壓縮機、節流部件、蒸發器與冷凝器；與此同時，它還可包括加熱和通風裝置。而空調器的室外機主要包含機殼、散熱風機、冷凝器、壓縮機、伴熱帶、溫度傳感器、換向電磁閥[2]。它的室內機則主要包含機殼、室內風機、蒸發器、溫度傳感器、顯示/接收/操作面板（電路板）、送風擺葉電機、輔助加熱器組成[1]。

2 空調防爆的結構設計

2.1 空調的防爆形式

空調的防爆形式為防爆壓縮機，它是空調的核心部件。它的外殼是由鋼板密封焊接制成的壓力容器，內裝壓縮機驅動電機、壓縮機組件、壓力保護裝置、溫度保護裝置等部件，導線采用密封方式與外殼融為一體，外部僅留出連接插頭，保證外殼密封性，其正常工作壓力為0.4～2.0MPa[1]。在防爆壓縮機運作的時候，它利用吸與排的接口和管路等其它部分相連，共同構成密閉的空間。此空間的內部壓力大于外部，并利用熔焊工藝增強其氣密性，防止外面的空氣深入到內腔中，這樣，危險的介質無法觸碰到可燃部位，防爆功能便展現出來了。第二，防爆室外與室內風機的設計。室外風機可以依據GB3836.2-2010對該電動機進行隔爆型設計，或者依據GB3836.3-2010進行增安型設計，還可以依據GB3836.8-2003進行nA型設計[2]。其中最重要的是對扇葉進行保護。室內風機可以按照GB3836.2-2010設計防爆功能。

2.2 零部件的防爆設計

首先，對室外機的控制電路進行防爆設計。對電路的防爆主要是在各個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，比如常規的繼電器會留有孔用于散熱，防爆繼電器會把孔堵住，并優化內部結構，使其與可燃制冷劑隔離。其次，對防爆換向電磁閥進行防爆設計。它是一個具有冷暖雙功能的部件。依照不同用戶的選擇，可以通過它進行制冷劑流向的控制，因而實現冷暖功能的交替。可以按照GB3836.8-2003進行nC型設計，當然如果要求保護等級較高，還可以依據GB3836.9-2006對該部件進行澆封型設計[3]。

2.3 整體防爆設計

空調器在線路布置和安裝的時候應該嚴格按照GB 3836115-2000的要求進行。空調機組和外部電源以及室內外機之間的連接電纜選用銅芯電纜，電纜芯線截面積應至少大于115mm2[3]。本質安全電路具有防爆防燃的功能，在出現線路故障的時候，它可以保持能量不超出范圍，因而避免引燃現象。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。本質安全電路與非本質安全電路的端子間隔距離應該大于50mm；它們的導線也應該被分開捆綁并分流走線；連接它們的插接件之間不可以互相交換使用。空調機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火災和爆炸事故，機體外殼選用表面絕緣電阻值不超過1GΩ的材料[3]。另外，空調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火源隔離開。EN60335-2-40以及GB4706.32-2012規定，凡是折彎角度大于90°的銅管均具有泄露可能，因此空調室內機、室外機可以采用阻擋方式把銅管與電控盒隔離開來，比如在室內蒸發器右端可以增加防護端罩，室外機采用密封電控盒等，可以有效阻止因泄露而進入電控盒內的可燃制冷劑，防止可燃制冷劑點燃和爆炸發生。

3 空調防爆結構設計中常見的問題

3.1 空調器中的加熱器往往無法達到防爆設計要求

雖然空調機對風量有相應的標準值，但是在加熱器的外部達到的最高溫度仍然比較高。如果利用降低其工作功率來防止此現象，則空調器的制熱性能進會相應的減弱，這是空調防爆結構設計中急需解決的問題。如果使用熱管技術，由于其使用時間比較短，投入費用比較高，所需空間比較大，則在空調器安裝的時候會遇到許多問題。很多學者對改善空調器的輔助電加熱設備做了很多的試驗，并擁有很多的相關資料與數據，如若妥善利用則會創造更高的價值。

3.2 可燃制冷劑替代問題

在人工合成制冷劑中存在許多問題，比如說HFCs物質，它的使用時限很長，但是不容易被降解，即使分解之后也會產生許多其他的有害物質。與此同時，它的GWP值都很高，當人們不斷的使用此物質的時候，會在生活環境中積累很多此物質，因而導致溫室效應現象的出現。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

由于制冷劑泄漏會導致爆炸現象，因為其管理工作十分重要。空調冷凍裝置是一個封閉的系統，常規泄漏、不規范的維修及回收過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機的過程中添加的制冷劑量比較多，因而對環境造成了很大的污染。所以使用一些高效換熱器技術來減輕此問題是十分必要的。并且要在安裝及維修過程中要加強其再回收與利用的工作，并加強對工作人員的環保意識的培訓。

4 結語

為了提高空調器的環保性能，新型制冷劑已開始普及使用，比如日本大金、富士通等企業已經在其國內及國際市場采用了R32制冷劑。但是其易燃易爆性是社會關注的焦點。因此，研究空調的防爆性能便應運而生。必須從各部件到整體進行防爆處理，才能更好的提高其安全性。

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

［2］李瑞，孫景富，張浩.關于防爆空調的結構與設計[J].電氣防爆，2012,3（12）：17-18.

［3］張浩，徐偉巍，付長全.變頻空調的防爆技術設計及應用[J].電氣防爆，2010,3（25）：10-12.