浅析空调防爆结构与设计

【摘 要】随着国际社会对日益严峻的臭氧层破坏和温室效应的关注，迫切需要使用环保、节能且低成本的新型制冷剂。但大多数环保制冷剂都是具有易燃易爆特性的，如R32、R290等制冷剂在达到一定浓度的同时如遇火花即可点燃，严重还可能产生爆炸，正是因为此类制冷剂的燃烧特性，影响了可燃制冷剂在空调器中的应用，因此新型环保制冷剂亟需又一次的创新，解决可燃制冷剂在空调应用中的安全隐患，空调的防爆设计迫在眉睫。

【关键词】空调结构;空调防爆;防爆设计

新型环保制冷剂如R32、R290等，这些新型环保型冷煤存在“易燃易爆”的缺点，当使用可燃性制冷剂的空调器发生制冷剂泄露时，一旦达到其可燃浓度下限，并且遇到点火源，就有可能引起燃烧甚至爆炸。

1 空调的发展

1.1 空调的发展起源

空气的调节与居民日常生活息息相关。传统的定频空调，其缺点是在打开或者关闭的时候，会为压缩机带来很大的耗损，而且其噪音与温度的浮动相对比较大。随着计算机技术、变频技术、智能控制技术的发展，人们摆脱了传统定频定速空调器的调节模式，开发出性能更为优良的变频空调器[1]。

1.2 空调制冷剂的发展现状

制冷剂主要分为两类，第一类为人工合成的制冷剂;第二类为天然制冷剂。在第一类别中，原来应用范围较广的制冷剂CFCs，HCFCs，HFCs等已经逐步被淘汰。R1234yf与HFO/HFC是研发种类较新的制冷剂，并且已经开始进行试验使用。在第二类制冷剂中，自然工质具有GWP等于0或很低的优点，但或者在常规空调工况下能效值低或者具有毒性、易燃等特点（R717， R290， R1270）[2]。现在基本上利用R134a与R410A两种制冷剂作为替代品，但是这两者的GWP值相对比较高。

1.3 普通空调的结构

空调器主要包含压缩机、节流部件、蒸发器与冷凝器;与此同时，它还可包括加热和通风装置。而空调器的室外机主要包含机壳、散热风机、冷凝器、压缩机、伴热带、温度传感器、换向电磁阀 [2]。它的室内机则主要包含机壳、室内风机、蒸发器、温度传感器、显示/接收/操作面板（电路板）、送风摆叶电机、辅助加热器组成[1]。

2 空调防爆的结构设计

2.1 空调的防爆形式

空调的防爆形式为防爆压缩机，它是空调的核心部件。它的外壳是由钢板密封焊接制成的压力容器，内装压缩机驱动电机、压缩机组件、压力保护装置、温度保护装置等部件，导线采用密封方式与外壳融为一体，外部仅留出连接插头，保证外壳密封性，其正常工作压力为0.4～2.0MPa[1]。在防爆压缩机运作的时候，它利用吸与排的接口和管路等其它部分相连，共同构成密闭的空间。此空间的内部压力大于外部，并利用熔焊工艺增强其气密性，防止外面的空气深入到内腔中，这样，危险的介质无法触碰到可燃部位，防爆功能便展现出来了。第二，防爆室外与室内风机的设计。室外风机可以依据GB3836.2-2010对该电动机进行隔爆型设计，或者依据GB3836.3-2010进行增安型设计，还可以依据GB3836.8-2003进行nA型设计[2]。其中最重要的是对扇叶进行保护。室内风机可以按照GB3836.2-2010设计防爆功能。

2.2 零部件的防爆设计

首先，对室外机的控制电路进行防爆设计。对电路的防爆主要是在各个部件上安装上具有防爆性能的外壳。还可以采用防爆元器件，比如常规的继电器会留有孔用于散热，防爆继电器会把孔堵住，并优化内部结构，使其与可燃制冷剂隔离。其次，对防爆换向电磁阀进行防爆设计。它是一个具有冷暖双功能的部件。依照不同用户的选择，可以通过它进行制冷剂流向的控制，因而实现冷暖功能的交替。可以按照GB3836.8-2003进行nC型设计，当然如果要求保护等级较高，还可以依据GB3836.9-2006对该部件进行浇封型设计[3]。

2.3 整体防爆设计

空调器在线路布置和安装的时候应该严格按照GB 3836115-2000的要求进行。空调机组和外部电源以及室内外机之间的连接电缆选用铜芯电缆，电缆芯线截面积应至少大于115mm2[3]。本质安全电路具有防爆防燃的功能，在出现线路故障的时候，它可以保持能量不超出范围，因而避免引燃现象。因此，必须避免其整体的性能受到其他电源的作用，保证它处于被隔离状态。本质安全电路与非本质安全电路的端子间隔距离应该大于50mm;它们的导线也应该被分开捆绑并分流走线;连接它们的插接件之间不可以互相交换使用。空调机组所含有的全部装备和其整体都必须配备安全、可靠的接地，且接地线必须使用大于4mm2的铜芯线。为防止静电放电引发火灾和爆炸事故，机体外壳选用表面绝缘电阻值不超过1GΩ的材料[3]。另外，空调器整体防爆还可以用阻挡方式把有可能泄露的可燃制冷剂与点火源隔离开。EN60335-2-40以及GB4706.32-2012规定，凡是折弯角度大于90°的铜管均具有泄露可能，因此空调室内机、室外机可以采用阻挡方式把铜管与电控盒隔离开来，比如在室内蒸发器右端可以增加防护端罩，室外机采用密封电控盒等，可以有效阻止因泄露而进入电控盒内的可燃制冷剂，防止可燃制冷剂点燃和爆炸发生。

3 空调防爆结构设计中常见的问题

3.1 空调器中的加热器往往无法达到防爆设计要求

虽然空调机对风量有相应的标准值，但是在加热器的外部达到的最高温度仍然比较高。如果利用降低其工作功率来防止此现象，则空调器的制热性能进会相应的减弱，这是空调防爆结构设计中急需解决的问题。如果使用热管技术，由于其使用时间比较短，投入费用比较高，所需空间比较大，则在空调器安装的时候会遇到许多问题。很多学者对改善空调器的辅助电加热设备做了很多的试验，并拥有很多的相关资料与数据，如若妥善利用则会创造更高的价值。

3.2 可燃制冷剂替代问题

在人工合成制冷剂中存在许多问题，比如说HFCs物质，它的使用时限很长，但是不容易被降解，即使分解之后也会产生许多其他的有害物质。与此同时，它的GWP值都很高，当人们不断的使用此物质的时候，会在生活环境中积累很多此物质，因而导致温室效应现象的出现。R290、R32及R161等可燃制冷剂是较为理想的CFCs及HCFCs替代物，但由于其可燃性限制了它们的使用，目前仅在充装量比较小的电冰箱上使用[3]。

3.3 制冷剂管理不当

由于制冷剂泄漏会导致爆炸现象，因为其管理工作十分重要。空调冷冻装置是一个封闭的系统，常规泄漏、不规范的维修及回收过程造成的泄漏是制冷剂直接排放的主要因素[2]。在很多厂商制造空调机的过程中添加的制冷剂量比较多，因而对环境造成了很大的污染。所以使用一些高效换热器技术来减轻此问题是十分必要的。并且要在安装及维修过程中要加强其再回收与利用的工作，并加强对工作人员的环保意识的培训。

4 结语

为了提高空调器的环保性能，新型制冷剂已开始普及使用，比如日本大金、富士通等企业已经在其国内及国际市场采用了R32制冷剂。但是其易燃易爆性是社会关注的焦点。因此，研究空调的防爆性能便应运而生。必须从各部件到整体进行防爆处理，才能更好的提高其安全性。（下转第272页）

【参考文献】

[1]王利，何小渝.中国制冷空调行业制冷剂替代策略的思考[J].制冷与空调，2011，1（11）：95-100.

[2]李瑞，孙景富，张浩.关于防爆空调的结构与设计[J].电气防爆，2012，3（12）：17-18.

[3]张浩，徐伟巍，付长全.变频空调的防爆技术设计及应用[J].电气防爆，2010，3（25）：10-12.