轨道车辆空调机组换热器内部清洗方案研究

谷忠凯，李进，曹建，王磊

（1.沈阳地铁集团有限公司运营分公司，辽宁 沈阳 110000；2.山东朗进科技股份有限公司，山东 济南 250000；3.沈阳朗进科技有限公司，辽宁 沈阳 110000）

在以氟利昂为冷媒介质的制冷系统中，主要由4大机件组成，即压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。冷凝器与蒸发器在功能上，都是将温度不同的流体介质实现相互换热的设备，因此统称为换热器。在轨道车辆空调行业中，多使用翅片管换热器。

换热器作为制冷系统中的主要换热部件，其换热性能将直接影响整套制冷系统的制冷量。空调管路、换热器生产焊接过程中本身会产生一些杂质或碳黑，生产前的清洗工艺往往无法彻底清洗干净，且由于空调机组安装在开放环境中，环境中的杂质容易进入其中，而在运转过程中，压缩机等部件也会因为磨损而产生杂质。随着空调使用年限的增加，各种杂质会在管路中部分位置聚集而堵塞管路。空调管路一旦堵塞，制冷剂在空调系统中的循环无法顺利进行，空调机组的制冷制热功能将会受到影响，甚至会导致机组故障而停机。因此，对空调管路及换热器进行清洗显得尤为重要。当系统出现压缩机线圈烧毁或冷媒泄漏等情况，换热器中会残留大量变质冷冻机油及污物，如焊渣、铜绿、灰尘、溶解水、酸性物质等，针对这种情况，行业中多使用高压氮气进行吹除，但由于这些油污有较强的附着性，会以油膜的形式附着在换热器内壁上，难以完全清除。这些物质会随压缩机工作进入压缩机，从而使压缩机冷冻机油变质，造成烧毁压缩机等问题，因此要想彻底解决换热器内壁污染情况，从经济角度出发需要一套最佳的清洗方案。

1 空调换热器清洗技术发展

发展初期，空调管路的清洗采用的方法为机械法，利用清洁球在管路中的运动清洗管道。后来，发展为使用吸出装置来吸出内部的杂质和污垢，或通过振动的方式清除内部杂质。在专利《空调装置的内部管道清洁》中提到，空调管道端头设置吸出装置，通过吸出空气的方式清洗管道，杂质随着吸出空气从管道壁上脱落，在管道外壁实现分离，从而可以循环利用吸出空气；汽车空调的清洗则在汽车冷却系统中安装震动胶垫，通过震动的形式去除管壁上的污垢，但是该清洗方法难以对非直线管道系统彻底清理，且部分清洗有一定破坏性。

目前阶段，考虑到清洗效果，人们多采用化学清洗剂对换热器进行清洗。化学清洗通常分为循环法和浸泡法，化学清洗是通过采用化学药剂的作用，使被清洗设备中的沉积物稀释溶解、疏松、脱落或剥离。循环法则是一种使用最为广泛的方法，利用清洗剂水槽和循环水泵等设备，形成闭合回路来清洗管路，沉积层等不断受到新鲜清洗液的化学作用和冲刷作用而溶解和脱落。浸泡法适用于一些难以清洗的制冷设备，这些设备不适合采用循环法，主要采用浸泡的方法对系统管路进行清洗。

考虑到经济性和清洗效率，轨道车辆空调换热器多采用循环法进行换热器清洗。首先是将空调系统中的冷媒回收，然后利用特殊的清洗液进行清洁，冷媒回收充注机和空调清洗机是独立的2种设备，本文主要针对使用清洗剂清洗空调换热器的方案及最终的清洗效果进行探讨研究。

2 清洗方案

2.1 工作原理

通过利用R141b清洗剂的特性，搭建完整的循坏清洗系统，对换热器内壁进行循环冲洗，使油污等污物溶解在清洗剂中，通过自吸泵带动制冷剂的流动将包含杂质在内的异物冲出换热器，再经由水箱的过滤层过滤，往复循环冲洗，可将污染的换热器管路内壁进行彻底清洁。

2.2 设备

表1 相关设备

2.3 材料与耗材

表2 相关材料与耗材

2.4 R141b清洗剂的特点

R141b是一种高纯度无色透明液体，无异臭，其特点如下。

（1）溶解性：高的KB值，具有选择性的溶解性，使油污极易溶解。

（2）渗透性：低的表面张力，具有极高的流动性。

（3）可靠性：对各种材料有很高的适应性。

（4）速干性：优良的干燥性，不易出现斑点等。

（5）节能性：较低的沸点，较低的汽化热，易挥发无残留。

（6）安全性：没有闪点，属于非可燃性液体，安全可靠。

（7）再生性：可通过蒸馏再生，大幅度减少工业废物量。

3 操作流程

3.1 准备阶段

（1）将待清洗内壁的换热器，先进行表面清洁。

（2）将清洗所用的相关设备，利用软管逐一进行连接。自吸泵出液端接入待清洗换热器的进口，出端接入过滤循环水箱，过滤循环水箱的出端接入自吸泵的进液端。并检查清洗管路的气密性良好，如图1所示。

图1 设备连接图

（3）取适量的R141b清洗剂，倒入循环水箱内。

3.2 清洗阶段

（1）接通自吸泵电源，打开开关。

（2）观察清洗系统管路有无泄漏情况，如有，进行问题查找，重新连接。

（3）使清洗系统循环约30min，每隔5min观察1次过滤水箱中清洗剂的颜色，待清洗剂颜色无明显变化后，关闭电源。

（4）将过滤水箱中的清洗剂倒入回收桶内。

（5）重新倒入干净的清洗剂，并重复上述操作，直至过滤循环水箱中的清洗剂颜色透明无杂质为止。

（6）将使用后的清洗剂沉淀、过滤后，重复利用。

（7）将清洗后的换热器拆下，利用高压氮气将换热器中残留的清洗剂进行吹除。

（8）将换热器放入烘干房进行烘干。

4 清洗效果

在清洗过程中，油污等杂质溶解在清洗剂中，随清洗剂循环排出换热器内壁。笔者选取了2台轨道车辆空调机组进行换热器清洗，并对清洗前后清洗剂的浑浊程度，以及空调的制冷能力进行对比。

清洗前后清洗剂的浑浊程度，如图2所示。

图2 清洗剂前后对比图

在对使用后的清洗剂进行沉淀处理的过程中，可看出换热器内的杂质主要为油污以及铜绿，如图3所示。

图3 清洗出的污物

清洗前后换热器管口的清洁情况，如图4所示，可看出清洗后，换热器管口的清洁程度有较大改善。

图4 换热器清洗前后对比

将换热器清洗前后的空调机组安装入焓差实验室中，通过焓差试验对比制冷量数据如下表3所示，清洗后空调制冷量提升了4%左右。

表3 清洗前后制冷量对比

5 结语

在轨道车辆空调行业中，多使用全封闭涡旋压缩机制冷系统，在系统制造及维修过程中，会产生制冷系统管路内部污染，换热器内部存在大量残留脏污的情况，如不及时处理，将影响整套制冷系统正常工作。

在以往的维修过程中，对这些问题大多数仅用高压氮气进行吹除，不能彻底清除脏污，而更换整套换热器，又存在较高成本问题。使用清洗剂进行循环清洗的方案，不仅清理效果好，提高了老旧空调换热器的换热性能，试验数据表明可提升4%左右，同时也比更换换热器的方案更加经济。