自1987年生效的《蒙特利尔议定书》强制性逐步淘汰氟制冷剂以来，截至2010年底，发达国家在淘汰了含氟量为高级的制冷剂基础上，又淘汰了含氟量为中级的制冷剂。对于含氟量为中级的制冷剂，欧盟已于2002年全面禁止使用，日本已于2004年开始禁止使用，美国也于2010年起全面停止其生产和消费，而我国是目前全球最大的含氟量为中级的制冷剂生产和使用国，其产量占全球的65%，使用量占全球的40%。根据《蒙特利尔议定书》的规定，2013年发展中国家含氟量为中级的制冷剂生产和使用分别冻结在2009和2010年两年平均水平，2015年在这一冻结水平上削减10%，2020年削减35%，2025年削减67.5%，2030年实现除维修和特殊用途以外的完全淘汰。我国作为发展中国家，要严格履约。未来，无氟制冷剂将是发展趋势。据此，冰箱的设计与工艺技术也将发生重大变化。本文将就目前冰箱市场主要的两种环保制冷剂，进行冰箱设计及工艺技术研究。
一、冰箱市场主要环保制冷剂概述
1、R134a制冷剂特性
R134a（学名：四氯乙烷；分子式：CF3-CH2F），具有与R12相似的热物理性质，但ODP(臭氧消耗潜能)=0GWP(温室效应潜能)=0.24～0.29。常温常压下，R134a无色，轻微醚类气体，不易燃，没有可测量的闪点，对皮肤，眼睛无刺激，不会引起皮肤过敏，但暴露时会产生轻微毒性。工作场所吸入量不应超过1000PPm。R134a是非溶于矿物油的制冷剂，采用酯类油（ester），合成油（往复式压缩机）或烷基苯（HAB）油（旋转式压缩机）来满足压缩机的润滑要求。R134a工质压缩机运动部件的表面需作处理，使其具有较强的耐磨损性，合成橡胶和塑料（PVC，尼龙，聚乙烯，氟化塑料，聚氯乙烯）大多数不受HFC-134a的影响，个别会有不同程度的影响。因此压缩机的密封圈和连接管一般采用氢化丁晴橡胶等替代。马达电机绕组的绝缘漆膜采用改进材料，具有抗氟性能。R134a是部分卤化物，化学性质不如全卤化碳氢化合物稳定，极易发生水解与卤化反应，因此制冷系统应保持绝对干燥。
2、 R600a制冷剂特性
R600a，（学名：异丁烷；分子式：C4H10(CH3-CH3-CH3-CH)）；分子量：58;沸点：-11.5℃。该制冷剂优点：ODP=0，GWP=0，无毒无污染，环境性能好，蒸发潜热高，制冷效率较高，与水不发生化学反应，不腐蚀金属，运行压力低，噪音小，能耗可降低5%～10%，原CFC-12的润滑油完全兼容，对制冷系统材料无特殊要求，取材易，有炼油工业就可生产，价格低。该制冷剂缺点：易燃易爆。它的燃点是462℃，它的爆炸极限为空气中体积含量百分比为1.8%～8.4%，使用异丁烷在生产和维修过程中，管路的明火焊接存在燃烧爆炸的危险，异丁烷电冰箱使用过程中，由于蒸发器可能泄漏，引起异丁烷在食品储存室中的积聚，如此时室中产生电弧，则存在燃烧爆炸的危险，即异丁烷电冰箱的产品结构和生产工艺必须加以改进或重新设计，以减少燃爆的可能性。
3、 R134a与R600a制冷剂物理性能的比较见表1。
二、制冷系统设计要点
1、压缩机
由于R134a的特性，R134a压缩机油以及压缩机内部结构，材料等都与R12压缩机有很大不同，因此R134a冰箱只能使用R134a专用压缩机。R134a压缩机所采用的压缩机油为酯类油，此种油极易吸水，不但会使压缩机油分解加速，而且会使大量的水分进入压缩机，发生“冰堵”现象，压缩机不能制冷，因此要严格控制压缩机内部的含水量，具体要求见表2。在使用R134a压缩机时，压缩机管口开放在空气中的时间不允许超过30分钟。R600a冰箱必须采用R600a专用压缩机，配备密闭式或固态式启动和保护装置。
2、冷凝器与蒸发器
R134a冷凝器设计可适当加大冷凝面积以降低冷凝压力。在BCD-182冰箱的R134a匹配中，相对于R600a系统，冷凝器均未改变。冷凝器和蒸发器加工过程中必须使用酯类油，如使用了矿物油，则必须清洗后干燥密封。
含水量≤50g/m2内表面积；杂质含量≤100g/m2：其中可溶性杂质≤40g/m2；不溶性杂质≤60g/m2。R600a冷凝器和蒸发器的要求无特别限制，由于R600a容积制冷量小，可适当加大蒸发器面积或增加蒸发器排管密度。在BCD-182冰箱R600a匹配中，就采用了增加蒸发器排管密度的办法以取得合适的匹配。
3、毛细管流量
R134a毛细管在加工过程中必须使用酯类油或经过清洗干燥。根据在BCD-182冰箱上的试验，毛细管长度相对于R600a冰箱可加长8～20%。
R600a毛细管流量为了获得最佳的性能匹配，可通过测试，对毛细管流量作适当调整。
4、干燥过滤器
常规的干燥过滤器在吸水的同时也可吸收制冷剂R134a，所以对于R134a制冷剂冰箱，必须使用R134a专用干燥过滤器，XH-7或XH-9型分子筛。对于使用R600a制冷剂的冰箱可以使用R134a冰箱的干燥过滤器，因为R600a制冷剂分子直径均大于R12和R134a的分子直径。因此可使用XH4-XH9型分子筛。
5、制冷剂充灌量
为防止系统堵塞，一定要使用高纯度R134a。R134a纯度技术要求：纯度≥99.95%；蒸发残留物≤10PPm；酸（以HCL计）≤1PPm；水≤10PPm；CFC及HCFC≤100PPm。R134a充灌量由试验确定。根据在BCD-182冰箱上的试验，R600a的充灌量由实验确定，充灌量特别小，约为R134a的50%，充灌精度应控制在±1g以内。
6、性能实验情况
通过对R134a和R600a工质BCD-182冰箱进行对比性能测试。R600a冰箱更节能。能耗相对降低可达5～10%。R600a系统运行压力低，噪声小。
三、工艺技术总体实施方案
根据制冷剂的不同需要研究生产线设计，确定设备方案。
1、检漏仪
被检漏的物质是R134a，检漏仪需更换为能检漏R134a类型的检漏仪。被检漏的物质是R600a，检漏仪需更换为能检漏R600a类型的检漏仪。
2、专用充灌设备
生产线上的真空泵和充灌设备中真空泵使用的矿物润滑油会和R134a会发生化学反应，水解后生成醇类物质和酸类物质。这些物质在制冷循环过程中易腐蚀制冷系统管路内壁，造成氧化物堵塞毛细管，以及最后循环到压缩机内部后，会在活塞轴表面发生碳结，影响压缩机的寿命。所以润滑油需用酯类合成油替换。因此用于R134a制冷剂的真空泵和充灌设备，其润滑油要由矿物油换为酯类合成油。氟橡胶应当禁用，因为它会在R134a及酯类油中变形膨胀，抗拉强度低，因此含氟的密封圈都应更换成能用于R134a制冷剂的密封圈。因为R600a易燃易爆，用于R600a制冷剂的返修真空泵和充灌设备，需要进行防爆处理，增加安全报警系统。同时，作为制冷剂充注量少易泄露，泄漏后会发生燃烧爆炸。在冰箱充注R600a以前必须对管路系统进行检漏，以防充注后制冷剂泄漏，引起爆炸，所以生产线还必须进行氦质谱检漏。
3、根据制冷剂的物理、化学性能，研究提高现有冰箱生产的工艺技术标准，制定新的工艺规程针对HFC-134a较强的吸水性来确定。因此，我们应该在R134a制冷剂冰箱生产方面给于明确的工艺技术规定。研究使用新的抽真空新工艺。使用R134a制冷剂时，冰箱制冷系统对真空度要求较高，一般的抽真空方法可能达不到要求，所以需采用——毛细管两端抽真空法。我们知道在电冰箱的整个制冷回路中，由于毛细管的节流作用管路系统在毛细管处分为高低压两部分，一般的抽真空方法抽真空时，真空泵接口在制冷回路的高压段，毛细管节流后，真空计探测到的真空度不能真正代表整个管路系统的真空度。因此在制冷回路的高低压两端抽真空，可以避免毛细管对空气的节流影响，使抽真空较彻底。制定外协检验的新标准，建立外检实验室。具体要求检验制冷剂R134a及关键件蒸发器、冷凝器的水分、灰尘、矿物油、石蜡、其他杂质的含量。针对R600a易燃易爆的特性。编制冰箱返修工艺规程，制订HC-600a安全使用规程。
4、研究实验新的焊接技术及焊剂
在焊接技术及焊接材料方面，由于R134a分子较小，易泄露，同时受抽真空、充灌设备复杂的影响，售后维修较困难，因此需要提高焊接技术，保证焊接质量。我们要将理论和实践结合，研究摸索出适合R134a制冷剂的高质量焊接工艺技术。同时由于R134a制冷剂对水分含量的要求较高，我们平时使用的102焊剂易吸水，潮解。所以我们要实验确定一种新型焊剂来适应于R134a制冷剂的焊接。同时，由于Cl-离子会和HFC-134a反应，在焊接过程中应避免使用含氯元素的焊剂。针对HC-600a易燃易爆的特点，我们需要研究试用新的焊接设备，实验总结焊接新工艺。超声波压力焊接是在高频率下的一种固态连接方式，通过焊接工具头每秒钟2万次的磨擦，使材料表层的分子重新排列而达到焊接的目的。不发生金属的熔化，不产生烟尘、火花和有害气体。这种新焊接工艺非常适合R600a制冷剂冰箱的封口焊接，而且较安全。http://www.zhsysb.net
