电冰箱安全标准GB 4706.13-201X草案对跨临界制冷系统的特殊要求

吴晓丽 蔡宁 蒋皓静

（中国家用电器研究院 北京 100053）

1 前言

随着全球环保意识的不断增强,寻找新的环境友好型天然制冷剂,替代对臭氧层有破坏作用并能产生温室效应的CFCs、HCFCs制冷剂成为当前急需解决的问题。CO2是一种天然工质，既不破坏臭氧层，温室效应又低，而且无毒、不可燃，并具有单位容积制冷量高等优点，随着近几年跨临界制冷系统的发展，二氧化碳作为天然制冷剂又重新被应用到制冷器具当中。但由于CO2工质的高临界压力和低临界温度特性，其运行压力将高于传统制冷系统，并对系统的结构和部件提出更高的要求来保证其安全运行。

现行的GB 4706.13-2008《家用和类似用途电器的安全制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求》标准中并没有专门的内容来考核跨临界制冷系统的安全性能，考虑到这一点，我们在正在修订的GB 4706.13-201X草案中增加了针对跨临界制冷系统尤其是CO2跨临界制冷系统的相应考核内容，来保证跨临界制冷系统的安全性能。

2 标准制定原则及安全要求

2.1 标准制定原则

在跨临界制冷系统满足GB 4706.13现行标准安全要求的同时，又针对跨临界制冷系统自身的特点，制定了一些特殊的要求。

跨临界制冷系统与非跨临界制冷系统相比，主要存在如下差异：

1）跨临界循环。跨临界制冷系统的高压侧处于超临界状态，低压侧处于亚临界状态，而常规的制冷系统高、低压侧均处于亚临界状态；

2）运行压力高。如表1所示，跨临界CO2制冷系统高压侧最高允许压力可达14MPa，而非跨临界制冷系统既使压力较高的R410A，高压侧最高允许压力一般不超过4.6MPa。运行压力过高，使得压缩机、冷却器、连接管路等部件要处于高压下工作，而且加大了制冷剂外泄的可能性，因此，对设备的力学性能、制作工艺等都提出了更高的要求。

3）排气温度高。跨临界制冷系统的排气最高温度范围可达125℃-164℃，而非跨临界制冷系统使用的压缩机最高排气允许温度一般不高于125℃；

4）双级压缩系统。由于跨临界制冷系统的运行压力高，虽然压缩比不大，但高、低压侧的压力差较大，部分系统采用双级压缩措施。因此确定压力安全措施时，需要考虑中压侧压力安全问题。

针对上述差异，在GB 4706.13的修订稿中分别从定义、标志和说明、结构、元件等章节增加了相应的内容来考核跨临界制冷系统。

2.2 标准安全要求

2.2.1 定义

定义中给出了跨临界制冷系统、气体冷却器、设计压力、爆破片、压力释放装置等一系列与跨临界制冷系统相关的定义。

跨临界制冷系统最大的特点就是工质的吸、放热过程分别在亚临界区和超临界区进行。压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件进行，换热过程主要依靠潜热来完成。但压缩机的排气压力高于临界压力，工质的冷凝过程与亚临界状态完全不同，换热过程依靠显热来完成。因此高压侧的换热器被称作气体冷却器，在气体冷却器中，二氧化碳工作在超临界状态，始终处于气态，并不发生一般冷凝器中的冷凝液化过程。受二氧化碳物性的制约，空气冷却器中制冷剂侧压力很高。设计压力为制冷系统高压侧的仪表压力；压力释放装置是跨临界制冷系统中当压力过高时自动释放压力的安全装置，爆破片是压力释放装置的一种。

表1 制冷剂高低压侧最大允许压力及压缩机最小试验压力

2.2.2 标志和说明

清晰明了的标志说明对安全尤为重要，尤其对使用者或相关的安装、维修人员可以起到提醒、警示的作用。因此，新的标准草案中针对跨临界制冷系统的压力过高的特点而要求在器具、铭牌和说明书上提供相应的警示语，具体如下：

1）对跨临界制冷系统中使用R744的器具应在器具上以及说明书中标明下述内容：“警告：制冷系统包含高压状态的制冷剂。不得破坏制冷系统。系统的维修必须由专业人员来进行。”

2.2.3 结构

为了确保跨临界制冷系统在系统出现异常高压时能够通过正常释放二氧化碳来确保系统的安全，而对采用跨临界制冷系统的结构提出了新的要求。

表2 最小测试压力

1）要求在制冷系统的高压侧，压缩机上或压缩机与气体冷却器之间应装有一个压力释放装置，且在压缩机与压力释放装置之间除了管道外不应有导致压力降低的断开装置或元件。

2）为保证压力释放装置能够正常工作，应满足如下条件：

a)压力释放装置应安装在释放制冷剂时不会对使用者造成危害的位置，孔径应确保正常使用中不被堵塞；

b)压力释放装置不能被用户设置；

c)压力释放装置不应高于高压侧的设计压力。（高压侧设计压力应≥14MPa）

3）制冷系统包括所有元件应能经受正常使用、非正常使用及静止状态下可能产生的压力。通过下述压力试验来验证系统是否满足要求。

压力试验：选择一个完整的制冷系统，试验在高压侧和低压侧分别进行。使压力释放装置不工作，压力逐渐升高至不小于表2的压力，压力持续1min，部件不应泄漏。

注：对于在高低压侧之间中间压力的制冷系统，所有部件承受的中间压力被视为低压侧。

2.2.4 元件

1)增加了跨临界制冷系统的压力释放装置循环次数的要求：

a)爆破片式压力释放装置，需提供3个单独的样品，且爆破片在每个样品上都以相同的方式运行，循环次数1次；

b)电子式压力释放装置，若为自动控制，则循环次数30000次；或为手动复位，则循环次数300次。

2)电子式压力释放装置应满足GB 14536.7且应为2B（即要求该压力释放装置为微断开操作，且规定了操作值、操作时间或操作程序的制造偏差和漂移）和2N型（要求该压力释放装置对于敏感动作，不应有由于敏感元件本身或与其相连的分断装置部件泄漏而引起的操作值的增加）；应有一个2E型自由托扣装置（即在故障条件下，不会阻碍触头打开，也不会保持触头闭合，以防止故障持续的自由托扣机构）；不应有正向偏差和漂移。

3)不属于GB 14536.7范围的机械式压力释放装置运行压力不应超过装置设定值的+10%。

4)没有通过ISO 4126-2认证的爆破片式压力释放装置，应随整机进行ISO 4126-2中14.3.4的试验。即将爆破片式压力释放装置安装在位，使入口压力增加至最小爆破压力的90%并维持至少5s，然后在不超过120s的时间里线形增加入口压力直至爆破片式压力释放装置爆破。

5)所有压力释放装置元件上应标注制造商或责任承销商的名称、商标或识别标志以及型号名称或系列号。

6)压力释放装置应能释放足够量的制冷剂，使得释放制冷剂时的压力即使在压缩机处于运行状态也不会增大到超出压力释放装置设定压力值。

3 小结

CO2制冷剂的应用前景是十分乐观的。可口可乐公司目前已经在花巨资研制以CO2为制冷剂的零售冷藏设备，随着技术的不断提高，相信不久的将来CO2制冷系统将会更广泛的应用在家用制冷器具上。

此次标准修订，增加对跨临界制冷系统产品结构和元件安全性的特殊要求，通过进行相应的安全性检验，使器具在节能环保的同时也保证使用者的人身和财产安全。

希望通过本文的介绍，使生产跨临界制冷系统的电冰箱企业了解新版标准的具体要求，在产品的设计研发阶段就考虑标准的相应要求，为将来顺利通过CCC认证做好准备。

[1]GB 4706.13-201X《家用和类似用途电器的安全 制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求》

[2]GB 4706.17-2010《家用和类似用途电器的安全 电动机-压缩机特殊要求》

[3]丁国良，黄冬平.二氧化碳制冷技术.北京：化学工业出版