日本CO2熱泵式熱水器和所用冷凍機油的介紹

2020-12-27 中國家電網

    摘要：CO2熱泵式熱水器在日本開發、發展過程。  通過多種試驗，對比三種冷凍機油PAG、PVE、POE對CO2熱泵式熱水器各種性能的影響，得出PAG冷凍機油是最合適的冷凍機油。

    關鍵詞：冷媒  冷凍機油  粘度  穩定性  溶解性  潤滑性  電氣絕緣性  體積電阻率   耐久(壽命)試驗

    Abstract: The simple introduction of CO2 heat pump heater developing in Japan. The three type of refrigeration oil PAG,PVE,POE have the different effect on CO2 heat pump heater through all kinds of tests : PAG is the bset suitable refrigeration oil for CO2 heat pump heater.

    Keywords: Refrigerant, Refrigeration oil, Viscosity, Stability, Solubility, Lubricity   Dielectric resistivity, Volumetric resistivity, Life test

 

1 日本CO2熱泵式熱水器發展過程

    在日本，由於節能和環保需要，在上個世紀九十年代初開始研究開發CO2自然製冷劑技術，到本世紀初CO2熱泵熱水器開始商品化並迅速推廣，年裝機增長率超過50％以上。

    CO2熱泵熱水器在日本以其良好的節能經濟、環保性能贏得了「EcoCute（生態精靈）」的稱號，其最大的優勢是節能經濟，是普通電熱水器效率的3～4倍。CO2熱泵熱水器在2001年投放市場，起初由於價格較貴（一般的為80萬日元，是普通空調器的8～9倍），發展不是很快。從2002年10月起，日本政府提供補貼（補貼額約佔總價值的40％）來推廣，2003年日本CO2熱泵熱水器的產銷量為8萬套，2005年超過20萬套，預計到2010年總量將達到520萬套，市場發展十分迅速。


圖1  近年來CO2熱泵熱水器在日本的發展
摘自：JARN Feb 25，2006

    CO2作為製冷工質具有一些獨特的優勢：

    （1）對環境無害的自然製冷劑（ODP=0，GWP=1）。

    （2）無回收問題。

    （3）良好的安全性和化學穩定性，二氧化碳安全無毒，不可燃，適應各種潤滑油及常用機械零部件材料，即便在高溫下也不分解產生有害氣體。

    （4）蒸發潛熱較大，單位容積製冷量相當高。

    （5）優良的流動和傳熱特性。

2 日本CO2熱泵式熱水器用壓縮機主要類型

    現今日本市場上有14個廠家生產二氧化碳熱泵熱水器，主要的廠家是：電裝、三洋、大金、松下、日立等，各廠家CO2壓縮機基本的機型結構和參數見圖2。


圖2  部分廠家CO2壓縮機基本的機型結構和參數
摘自：JARN Feb 25，2006

3  日本CO2壓縮機用冷凍機油現狀

3.1  前言

    早在1990年前後，作為替代HFC的製冷劑，自然系製冷劑的氨、CO2的壓縮機得到研究。到2001年，人們的注意力集中在了將CO2作為製冷劑的熱泵式熱水供應機「ECO CUTE」的銷售上。最近也有報導稱，在全電化住宅中受到注目的ECOCUTE，比直接用電將水燒開的方式提高效率3倍以上，與燃氣式熱水供應機比較，也可以節省能量約30%，即具有環保作用又具有節能作用，因此這種熱水供應系統得到了迅速的普及。

    作為CO2熱泵式熱水器的核心部件之一CO2壓縮機，主要使用46＃、68＃、100＃三種PAG冷凍機油。

    在日本市場上，CO2冷媒壓縮機用冷凍機油PAG主要由出光興產Idemitsu提供，出光市場佔有率接近100％。

    下面就CO2壓縮機用冷凍機油的開發作簡要介紹。

3.2  CO2壓縮機用冷凍機油的特性要求

    圖3是以CO2為製冷劑的熱泵式熱水器的工作流程圖，說明對冷凍機油性能的要求。這種熱水器的工作原理是，製冷劑在壓縮機的周期性運轉過程中，反覆進行壓縮和膨脹，從大氣中獲得熱量，並以此熱量將水加熱。它能夠充分利用比較便宜的夜間電力來儲存並供應熱水，從而這種系統能夠減小運行成本。

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