一、過冷
“過冷”: 就是將冷凝后的飽和液體通過某種裝置(如過冷器)和方法進行再冷卻,使其溫度低于冷凝壓力下的飽和溫度,稱之為過冷。
把過冷前的液體溫度與過冷后的溫度相比較,差值為“過冷度”。
如圖:
過冷度在壓焓圖的表示:
舉例說明,如下圖所示:
以R22冷媒為例,假設冷凝器內(nèi)的壓力為1.64MPa,則飽和溫度為45℃。飽和狀態(tài)的A-B間為45℃,A-B間冷媒為氣液混合狀態(tài)(潛熱)。B-C間所有的氣體已經(jīng)變?yōu)橐后w,狀態(tài)為全液體狀態(tài),并且不斷向周圍散熱,使溫度繼續(xù)下降(顯然),譬如降至40℃ 。這時冷凝器出口溫度比冷凝器內(nèi)的溫度低5℃,這種狀態(tài)稱為過冷,我們稱這時流出的冷媒有5℃的過冷度。
工程上,一般將排氣壓力近似看作冷凝壓力,排氣壓力對應的飽和液體溫度和冷凝器出口液體的溫度之差,作為過冷度。之所以這樣近似,是因為冷凝器的壓降相對于蒸發(fā)器而言較小。排氣壓力與真正的冷凝壓力差值較小,采用這樣的近似帶來的誤差,可以忽略。
二、過熱
過熱前的飽和溫度與過熱后的飽和溫度之差,稱為過熱度。
在一定的壓力下,溫度高于飽和溫度的蒸汽,稱為過熱蒸汽。制冷壓縮機排氣管處的蒸汽溫度,一般都高于飽和溫度,故都屬于過熱蒸汽,稱之為“排氣過熱”。
1、有害過熱:
由于回氣管(吸氣管)的長度和隔熱程度,使管內(nèi)的蒸汽與外界傳遞而加熱,這種現(xiàn)象稱之為“吸氣過熱”或“管道過熱”。這種過熱會使壓縮機的吸氣溫度升高,吸入蒸汽的比容增大,導致單位容積制冷量降低,壓縮機的制冷量減少,這對制冷循環(huán)是不利的,在這問題上稱為“有害過熱”。
因此,要求在吸氣管道上必須做好隔熱,盡量縮短吸氣管的長度,以減少這種有害過熱。
2、有益過熱:
在使用膨脹閥的氟制冷系統(tǒng)中,應用過熱度來調(diào)節(jié)熱力膨脹閥的開啟度,這種現(xiàn)象稱之為“有益過熱”。同樣,氟蒸汽在經(jīng)過回熱后產(chǎn)生的過熱,也屬于有益過熱。
同樣舉例說明,如下圖所示:
假設蒸發(fā)器內(nèi)的壓力為0.49MPa,則飽和溫度為5℃。飽和狀態(tài)的A-B間為5℃ , A-B間冷媒為氣液混合狀態(tài)(潛熱)。B-C間所有的液體已經(jīng)變?yōu)闅怏w。狀態(tài)為全氣體狀態(tài),并且周圍的熱量將會侵入,使溫度繼續(xù)上升(顯熱),譬如升至10℃。這時蒸發(fā)器出口溫度比蒸發(fā)器內(nèi)的溫度高5℃。這種狀態(tài)稱為過熱,我們稱這時流出的冷媒有5℃的過熱度。
應用舉例
以過熱度為例進行舉例,下圖是室內(nèi)機的蒸發(fā)器到壓縮機之間的一段管路,我們說壓縮機在運轉(zhuǎn)過程中,一定要保證回壓縮機的冷媒是氣體狀態(tài)(如果有液體回到壓縮機易導致壓縮損壞)。
因此空調(diào)機需要通過檢測壓縮機回氣溫度和回氣壓力(并計算出對應的飽和溫度),用這兩個數(shù)據(jù)的差值得出冷媒的過熱度,以便可以通過控制,確保壓縮機回氣為氣體狀態(tài)。
THo-S是回氣溫度傳感器:用于檢測回氣溫度。
PSL是低壓壓力傳感器:用戶檢測回氣壓力。
過熱度(SH)=Tho-S(回氣溫度)—(PSL檢測數(shù)據(jù)的對應飽和溫度)
制冷系統(tǒng)為什么一定需要過冷度?
簡單來說,制冷系統(tǒng)如果沒有過冷度,那么制冷劑在液管中會有“閃發(fā)”,制冷效果降低。對于風冷冷凝器,3-5℃的過冷度比較合適。制冷系統(tǒng)正常循環(huán)時,冷凝器的出口一般都會有一定的過冷度。如果沒有過冷度,兩相冷媒中的液體在“液管”中壓力稍有損失,液體就會【閃發(fā)】,飽和液體由于壓力的降低必然會蒸發(fā)。液體蒸發(fā)會吸收周圍的熱量,剩余的液體隨之降溫,又達到相應壓力下的飽和溫度,就這樣兩相冷媒邊前進,邊閃發(fā),邊飽和,直到到達蒸發(fā)器入口。最終到達蒸發(fā)器的兩相冷媒的干度就會比設計的干度大很多,液相成分減小,就無法滿足蒸發(fā)器的蒸發(fā)量,制冷效果當然會降低。
另外具有一定的過冷度,才有可能繪制出令人可信的壓焓圖。對于基本的單級壓縮式制冷系統(tǒng),壓焓圖上有四個點,分別是:
① 壓縮機吸氣口—過熱蒸汽;
② 壓縮機排氣口—過熱蒸汽;
③ 冷凝器出口—過冷液體;
④ 蒸發(fā)器的入口—兩相冷媒。
①、②和③點都是單相狀態(tài),根據(jù)壓力和溫度值,可以計算出對應的焓值。
根據(jù)壓力和焓值,可以在壓焓圖中確定位置;
蒸發(fā)器的入口為兩相冷媒,即使知道壓力和溫度值,也難以計算出焓值。但是節(jié)流裝置一般外表面積較小,散熱忽略,冷媒經(jīng)過節(jié)流裝置可以近似作為等焓降壓過程。所以③點的焓值可以近似等于冷凝器出口的焓值。如果冷凝器的出口為兩相或飽和液,則難于得到焓值。四個狀態(tài)點,缺少兩個點,則不能畫出系統(tǒng)的壓焓圖。
制冷系統(tǒng)過冷度的意義
為什么在兩相狀態(tài),不能根據(jù)壓力和溫度計算出對應的焓值。因為在兩相區(qū)中,壓力和溫度是一一對應的,一個飽和壓力對應一個飽和溫度。壓力線與溫度線,在兩相區(qū)中是一條重合的水平線。
因為測量誤差,測量得到的壓力值和溫度值,很難做到一一對應:
①如果溫度值小于壓力對應的飽和溫度,則說明是過冷液體;
②如果溫度值大于壓力對應的飽和溫度,則說明是過熱氣體。
這與前面的條件,冷媒是兩相狀態(tài),相矛盾。
那可不可以說,冷媒處在測量得到的壓力值的飽和液或飽和線上呢?焓值用其飽和液或飽和氣的焓值代替。
這也不可以,因為飽和溫度上下相差0.1度,其對應的焓值就會相100~200kJ/kg。
兩相點在壓焓圖的實際的位置,究竟是在飽和液線上,還是飽和氣線上,或之間的水平線上的某個位置,這都難以確定。
所以一定要有充分的過冷度或過熱度,才可以計算其對應的焓值。