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西(xī)克小課堂 | 為什麽製(zhì)冷係統一定要過冷度?

製冷係統的複(fù)雜,非三言兩語(yǔ)能(néng)道清,俗話說“外行看熱鬧,內行看門道”,每周增加一個小知識,“外行”也能逐步成為“內行”。今天西小克為大家(jiā)分享的是(shì):為什麽(me)製冷(lěng)係統一定要(yào)過冷度?

 過冷 & 過熱

1、過冷(lěng)  

“過冷(lěng)”:就是將冷凝(níng)後的飽和液體通過某種裝置(如過(guò)冷器)和方法進行再冷卻,使其溫度低於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後的溫度相比較,差值為“過冷度”。
如圖:

微信圖片_20220908143411.jpg

過冷度在壓(yā)焓圖的表示(shì):
微信圖片(piàn)_20220908143417.jpg

舉(jǔ)例說明,如下圖(tú)所示(shì):

以R22冷媒為例,假設冷凝器內的壓力為1.64MPa,則飽和溫度為45℃。飽和狀態的A-B間為(wéi)45℃,A-B間冷媒為氣液混(hún)合狀態(潛熱)。B-C間所有的氣體已經變為液體,狀態為全液體狀態,並且(qiě)不斷向周圍散熱,使(shǐ)溫(wēn)度繼(jì)續下降(顯然),譬如(rú)降至40℃ 。這時(shí)冷凝器出口溫度比冷凝器內(nèi)的溫度低5℃,這種(zhǒng)狀態稱為過冷,我(wǒ)們(men)稱這時流出的冷媒有5℃的(de)過冷度。


微信圖片_20220908143420.jpg


工程上,一(yī)般將(jiāng)排氣(qì)壓(yā)力近似看作冷凝壓力,排(pái)氣壓力(lì)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(níng)器的壓降相對於蒸發器而言較小。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(de)誤差,可以(yǐ)忽略。



微信(xìn)圖片_20220908143423.jpg


2、過熱  

 過熱前的飽和溫度與過熱後的飽和溫(wēn)度之差(chà),稱為過熱(rè)度。

  在一定的壓力下,溫度高於飽和溫度的(de)蒸汽,稱為過熱蒸(zhēng)汽。製冷壓縮(suō)機排氣管處的(de)蒸汽溫度,一般都高於飽和溫度,故都屬於過熱蒸汽,稱之為“排氣過熱”。


1、有害過熱:

  由於回氣管(吸(xī)氣(qì)管)的長度和隔熱程度,使管內的蒸汽與外界傳遞而加熱,這種現象稱之(zhī)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(gāo),吸入蒸(zhēng)汽的比容增大,導致單位容積(jī)製冷量降低,壓縮機的(de)製冷量減少,這對(duì)製冷循環是不利的,在這問題上稱為“有害過熱(rè)”。

  因此(cǐ),要(yào)求(qiú)在吸氣管道上必須做好隔熱,盡量縮短吸氣管的長度(dù),以減少這種有害過熱。


2、有益(yì)過熱:
  在使用膨脹閥的氟製冷係統中,應用過熱度來(lái)調節熱力膨脹閥(fá)的開啟度,這種現象稱之(zhī)為“有益(yì)過熱”。同樣,氟蒸汽在經過回熱後產生的(de)過熱,也屬於有益過熱。


同樣舉例(lì)說明,如下圖所示:

假設蒸發器(qì)內的壓力為0.49MPa,則飽(bǎo)和溫度為5℃。飽和狀態的A-B間為5℃ , A-B間冷媒為氣液混合狀態(潛熱)。B-C間所有的液體已經(jīng)變為氣體(tǐ)。狀態為全氣體狀態,並且周圍的熱量將會侵入,使溫(wēn)度繼續上升(顯熱),譬如升至10℃。這時蒸發器出口溫度比蒸發器內的溫度高5℃。這種狀態稱為過熱,我們稱這時(shí)流出的冷媒有5℃的過熱度。


微(wēi)信圖片_20220908143426.jpg



製(zhì)冷係統為什麽一定需要過冷(lěng)度?


簡單來說,製冷係統如果沒有過冷(lěng)度,那麽製冷劑在液管中會有“閃發”,製冷效果降低。

對於風冷冷凝器,3-5℃的過冷度比(bǐ)較合適。


製冷係統正常循環時,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(lěng)媒中的(de)液體在“液管”中壓力(lì)稍有損(sǔn)失,液體就會【閃發】,飽(bǎo)和液體由於壓力(lì)的降低必(bì)然會蒸發(fā)。液體蒸發會吸收(shōu)周圍的(de)熱量,剩餘的液體隨之降溫,又達到相應壓(yā)力下的飽和溫度,就這(zhè)樣兩相冷媒邊前進,邊閃發(fā),邊飽和,直到到達蒸發器入口。最終到達蒸發器的兩相冷媒的幹度就會比設計的幹度大很多,液相成分減小(xiǎo),就無法滿足蒸發(fā)器的蒸發量(liàng),製冷效果當然會(huì)降低。


微信圖片_20220908143433.jpg


另外具(jù)有一定的過冷(lěng)度(dù),才有可能繪(huì)製出令人可信的壓焓圖。對於基本的單級壓縮(suō)式製冷係統,壓焓圖上有(yǒu)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(zhēng)汽;

③ 冷凝器出口—過冷液體;

④ 蒸發器的入口—兩相冷媒。

①、②和③點都是單相狀(zhuàng)態,根據壓力和(hé)溫度值,可以計算出對應的焓值。

根據壓力和(hé)焓值(zhí),可以在壓焓圖中確定位置;


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蒸發器的入口為兩相冷媒,即使知道壓力和(hé)溫度值(zhí),也難以計算出焓值。
但是節流裝置一般外表麵積較小,散熱忽略,冷媒經過節流裝置(zhì)可以近似作(zuò)為等焓降壓過程。所以③點的焓值可以近似等於冷(lěng)凝器出口的焓值。
如果冷凝器的出口為兩相或飽和液,則難於得到焓值(zhí)。四個狀態點(diǎn),缺少兩個點,則不能畫出係統的壓焓圖。

製冷係統過冷度(dù)的意義

為(wéi)什(shí)麽在兩(liǎng)相狀態,不能根據壓(yā)力(lì)和溫度(dù)計算出對應(yīng)的(de)焓值。

因為在兩相區(qū)中,壓(yā)力和(hé)溫度是一一對應(yīng)的,一個飽和壓(yā)力對應一個飽和溫度。壓力線與溫(wēn)度線,在兩相區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(nán)做到(dào)一一(yī)對應:


①如(rú)果溫度值小於壓力對應的飽和溫度,則說明是過冷液體;

②如果溫度值(zhí)大於壓(yā)力對應的飽和溫度,則說明是過熱氣體。

這與前麵的條(tiáo)件(jiàn),冷媒是兩相狀態,相矛盾。

 

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那可不可以說,冷(lěng)媒處在測量得(dé)到的壓力值的飽和(hé)液(yè)或飽和線上呢?焓值用其飽和液或飽(bǎo)和氣的焓值代替。

這也(yě)不可(kě)以,因為飽和溫度上下相差(chà)0.1度,其(qí)對應的焓值就會相(xiàng)100~200kJ/kg。


兩(liǎng)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(mǒu)個位置,這都難以確(què)定。


所以(yǐ)一定要有充分的過冷度或過熱度,才可以計算(suàn)其對應的焓(hán)值。


過冷實現的方法

1)冷凝器後裝(zhuāng)過冷器;
2)設計,選型時,適當增大冷凝器麵積;
3)製冷係統中設置回熱器,采用回熱循環

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