一、概述
       在制冷系統中, 所謂的不凝性氣體是指在制冷系統工作時, 在冷凝器中特定的溫度、壓力下, 氣體不能冷凝成液體, 而總是成氣體狀態, 這些氣體主要包括氮氣、氧氣、氫氣、二氧化碳、碳氫氣體、惰性氣體以及這些氣體的混合氣體等。
       由于不凝性氣體的存在, 使得壓縮機的能耗增大, 而制冷系統的制冷量降低。
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二、不凝性氣體產生原因
1、充注制冷劑前制冷系統排空不充分
      在充注制冷機之前, 制冷系統內的壓縮機氣缸內、冷凝器內、蒸發器內以及系統的管路內都曾充滿空氣,在充注制冷劑前為了排除這些空氣, 需要對制冷系統內部抽真空, 有時由于主客觀原因, 制冷系統內部抽真空不充分, 達不到要求, 在系統內部留有少量空氣。
2、充注制冷劑時帶入
      制冷系統內在制冷系統充注制冷劑之前, 充注所用的管子中充滿空氣, 由于人為等原因, 在充注制冷劑時, 沒有排盡管子內的空氣, 就直接連接在制冷系統中, 這些空氣隨著充注的制冷劑進入制冷系統。
3 、在制冷系統檢修時混入不凝性氣體
       制冷系統長時間工作, 難免需要檢查維修或者清洗更換, 這樣有時就需要拆開機械或管路, 空氣往往就在拆卸和安裝這個過程中進入制冷系統內部。
4 、從外界大氣中滲入系統內部
       在有些制冷系統中, 如果工作壓力低于大氣壓力時, 大氣中的空氣就會通過各種縫隙滲入到制冷系統中。這些縫隙分布在各類閥門、壓縮機、非焊接處等諸多地方。
5、來自制冷劑的化學反應
       在氨制冷系統中, 制冷劑氨在一定溫度和壓力下可以分解為氨氣和氫氣, 其分解程度與溫度和壓力成正向關系, 溫度越高壓力越大, 氨越容易分解。
       而在氟利昂制冷系統中, 氟利昂可能與混入系統內的雜質發生化學反應, 產生不凝性氣體。如R12 與水在一定條件下發生反應, 產生二氧化碳。
6、 潤滑油的分解也會產生不凝性氣體
       在制冷系統使用的潤滑油中, 有些潤滑油, 如礦物潤滑油在復雜的工況下能分解產生多種碳氫氣體,這些碳氫氣體就會混入系統內的制冷劑中。
三、不凝性氣體的分布
      在制冷系統中, 當低壓側有不凝性氣體時, 這些氣體很快被壓縮機抽吸而進入高壓側。所以, 通常不凝性氣體主要聚集在系統高壓側的冷凝器和高壓儲液器中。
      無論是蒸發式冷凝器還是管殼式冷凝器, 不凝性氣體都會盡可能地附著在換熱表面上, 如下圖所示。而儲液器中的不凝性氣體又往往集中在遠離進氣口的氣流速度很低的空間內。
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四、不凝性氣體的危害
1、降低系統制冷量
       不凝性氣體聚集在冷凝器中時, 不凝性氣體附著在冷凝器的內壁, 占據一定空間, 使得冷凝面積減小,同時不凝性氣體在制冷劑和冷凝器內壁之間形成熱阻,使得傳熱效率降低, 熱量不能及時排出系統之外, 從而降低了制冷系統的制冷量。
2、 系統能耗增大
      由于傳熱效率的降低, 冷凝器內的冷凝溫度和冷凝壓力都升高, 那么, 在自動控制的制冷系統中, 為了維持冷凝程度不變, 必須增大冷凝水的流量, 以降低冷凝器內制冷劑和不凝性空氣的溫度。這樣就增大了冷凝水泵的能耗。同時冷凝壓力的增大, 使得壓縮機排出口的壓力較之正常工況下也變大, 壓縮機在排氣過程中需要克服較大壓力, 從而壓縮的能耗也變大。
3 、造成機械設備的損壞
       壓縮機排出壓力的增大, 使得反作用在軸承、傳動裝置和滑動表面的力也都變大, 長期以往, 加速了設備磨損老化和潤滑油的變質, 造成機械設備的損壞。同時, 由于滑動面的磨損劇烈, 也會使制冷劑的泄露增大。
       總結:不凝性氣體的存會使制冷系統冷凝壓力升高,冷凝溫度升高,壓縮機排氣溫度升高,耗電量增加,制冷效率降低;同時由于排氣溫度過高可能導致潤滑油碳化,影響潤滑效果,嚴重時燒毀制冷壓縮機電機。
五、有不凝性氣體的主要跡為象
1、壓縮機的排出壓力和排氣溫度升高,冷凝器(或儲液器)上的壓力表指針劇烈擺動,壓縮機缸頭發燙,冷凝器殼很熱。
2、蒸發器表面結霜不均勻。
3、存在多量不凝性氣體時,因裝置的制冷量下降而使庫溫降不下來,壓縮機運轉時間長,甚至因高壓繼電器動作而使壓縮機停車。
案例:
       R22系統實測的冷凝壓力是13.2kg/cm2(表壓),當時的環境氣溫是35度。
查《R22制冷劑的溫度壓力對照表》,溫度35度時的對應壓力是12.81kg/cm2(表壓),低于實測的冷凝壓力,說明該系統中存在不凝性氣體。其不凝性氣體的壓力含量為:13.2-12.81=0.39kg/cm2(表壓力)。
六、不凝性氣體的排除
       要還是采用手動排除不凝性氣體方法。這種方法由操作人員根據冷凝壓力的高低來判斷制冷系統內部是否含有較多不凝性氣體, 并決定是否排放。這種方法很大程度上取決于操作人員的經驗,操作靈活, 不凝性氣體排放的比較徹底。
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      不凝性氣體容易在低氣溫下,系統靜置的狀態下與制冷劑自然分離,它的比重比制冷劑小,分離后聚集在系統的高處(上方),所以應該選擇在氣溫最低時段,系統停機時間最長,制冷系統最高處的排空點排放。也可單獨從系統中的某個容器的上方直接開閥進行排放,或者分容器逐個排放都行。
1、小型氟利昂制冷系統
       可以不需設置專門的排氣設備, 利用系統本身就能排除其內的不凝性氣體, 具體的操作步驟為:
第一步:關閉冷凝器出液閥以及高壓儲液器出液閥;
第二步:啟動壓縮機, 將低壓系統內的制冷劑抽至冷凝器或高壓儲液器;
第三步:當制冷系統的低壓部分保持在穩定的真空狀態時, 停止壓縮機并關閉吸氣閥, 而排氣閥保持打開狀態, 同時開足冷卻水量截止閥, 充分液化高壓的制冷劑氣體;
第四步:大約10min 左右, 擰松壓縮機排氣閥多通道螺栓, 或打開冷凝器頂部的放空氣閥排出空氣;
第五步:用手感受氣流溫度, 當沒有涼快感或感覺比較熱時, 說明排出的大部分為不凝性氣體, 否則說明排出的是氟利昂氣體, 這時         應暫停排放不凝性氣體的操作, 而應檢查高壓系統的壓力所對應的飽和溫度與冷凝器出液溫度的溫差, 若溫差較大, 說明還有較多的不凝性氣體, 應待混合氣體充分冷卻后再間歇放出不凝性氣體;
第六步:排放不凝性氣體結束時, 應擰緊壓縮機排氣閥的多用通道或關好冷凝器上方的排空氣閥, 停止冷凝器供水。
2、大型氟利昂制冷系統
       對大型的氟利昂制冷系統, 應當設置空氣分離器,圖4 所示是套管式手動空氣分離器的結構圖, 這種氣體分離器在大多數氨制冷系統中也廣泛應用。
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      該分離器由四層同心套管焊接而成, 其中有兩對進出口, 一對是來自冷凝器的液體制冷劑進口和吸熱蒸發為制冷劑氣體的出口, 另一對是由不凝性氣體與制冷劑蒸氣組成的混合氣體的進口和不凝性氣體由放空閥排入大氣的出口。
其排除不凝性氣體的過程是:
      高壓制冷劑液體在流動過程中, 經過第一層和第三層時, 與在第二層和第四層的混合氣體進行熱交換, 制冷劑液體蒸發為制冷劑氣體, 而混合氣體中的制冷劑氣體被冷凝為液體;
不凝性氣體則積存在第二和第四層套管內, 當積存足量時, 打開放空閥放出不凝性氣體, 而液體制冷劑通過節流閥流入管內蒸發。
3、冷凝器放氣閥放氣
第一步:關閉儲液器的出液閥。
第二步:開啟壓縮機,把系統中的冷劑(以及不凝性氣體)壓入冷凝器中,直到低壓繼電器動作而停車。
第三步:停車后讓冷凝器中繼續循環冷卻水,使冷劑充分凝結。因不凝性氣體比冷劑氣體輕,所以聚集在冷凝器頂部(某些小型裝置冷凝器在壓縮機底部,此時則聚集在高壓系統中位置最高的地方)。
第四步:打開冷凝器頂部的放氣閥(或雙座排氣截止閥的多用通槽或排氣溫度表插座等接頭處),將不凝性氣體放出。放氣閥的開度不宜太大。為了判斷放氣的情況,可用手迎著氣流,如果感覺到象風吹一樣,則說明放出的是氣體;如果手上有油跡并有涼的感覺,則說明已放出冷劑氣體,此時應立即關閉放氣閥。
4、冷凝器放氣閥放氣
      自動排除不凝性氣體的方法是根據溫度等參數來控制不凝性氣體的排放, 同時由制冷劑回收裝置盡可能地回收混合氣體中的制冷劑, 而留下不凝性氣體,最后排出系統。