英华特技术分享 | 制冷系统为什么一定要过冷度?

在高效制冷系统的精密设计中,过冷度绝非一个可有可无的参数,而是系统稳定运行、高效节能的关键保障。它指的是液态制冷剂在冷凝压力下,实际温度低于其对应饱和冷凝温度的差值。这看似细微的温度降低,背后蕴含着深刻的热力学原理和工程实践意义。

01过冷的定义:

过冷度的定义:冷凝器冷凝压力对应的饱和液体温度和冷凝器出口液体实际温度的差值。

过冷度在压焓图的表示:

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工程上,一般将排气压力近似看作冷凝压力,排气压力对应的饱和液体温度和冷凝器出口液体的温度之差,作为过冷度。之所以这样近似,是因为冷凝器的压降相对于蒸发器而言较小。排气压力与真正的冷凝压力差值较小,采用这样的近似带来的误差,可以忽略。

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02制冷系统为什么一定需要过冷?

如果没有过冷度,两相冷媒中的液体在“液管”中压力稍有损失,液体就会【闪发】,饱和液体由于压力的降低必然会蒸发,气相成分上升,液相下降,造成系统震荡的同时,导致蒸发器供液量不足,制冷效果降低,排气温度较高,甚至导致压缩机的排气温度报警,机组能效降低。膨胀阀处有较大噪音。

对于风冷冷凝器,4-8℃的过冷度比较合适。对于没有经济器额外过冷的系统,如果换热器的过冷度过大,在高负荷条件下,机组由于系统冷媒过多,有可能会造成机组的高压报警,所以过冷度不宜追求过高。

制冷系统正常循环时,冷凝器的出口一般都会有一定的过冷度。

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另外具有一定的过冷度,才有可能绘制出令人可信的压焓图。对于基本的单级压缩式制冷系统,压焓图上有四个点,分别是:

① 压缩机吸气口—过热蒸汽;

② 压缩机排气口—过热蒸汽;

③ 冷凝器出口—过冷液体;

④ 蒸发器的入口—两相冷媒。

①、②和③点都是单相状态,根据压力和温度值,可以计算出对应的焓值。

根据压力和焓值,可以在压焓图中确定位置;

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蒸发器的入口为两相冷媒,即使知道压力和温度值,也难以计算出焓值。

但是节流装置一般外表面积较小,散热忽略,冷媒经过节流装置可以近似作为等焓降压过程。所以③点的焓值可以近似等于冷凝器出口的焓值。

如果冷凝器的出口为两相或饱和液,则难于得到焓值。四个状态点,缺少两个点,则不能画出系统的压焓图。

03制冷系统过冷度的意义:

为什么在两相状态,不能根据压力和温度计算出对应的焓值。

因为在两相区中,压力和温度是一一对应的,一个饱和压力对应一个饱和温度。压力线与温度线,在两相区中是一条重合的水平线。

因为测量误差,测量得到的压力值和温度值,很难做到一一对应:

①如果温度值小于压力对应的饱和温度,则说明是过冷液体;

②如果温度值大于压力对应的饱和温度,则说明是过热气体。

这与前面的条件,冷媒是两相状态,相矛盾。

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那可不可以说,冷媒处在测量得到的压力值的饱和液或饱和线上呢?焓值用其饱和液或饱和气的焓值代替。

这也不可以,因为饱和温度上下相差0.1度,其对应的焓值就会相100~200kJ/kg。

两相点在压焓图的实际的位置,究竟是在饱和液线上,还是饱和气线上,或之间的水平线上的某个位置,这都难以确定。

所以一定要有充分的过冷度或过热度,才可以计算其对应的焓值。

04过冷实现的方法:

(1)冷凝器后装过冷器;

(2)设计、选型时,适当增大冷凝器面积;

(3)制冷系统中设置回热器,采用回热循环。

空调制冷系统原理图:

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复叠低温带有回热器系统原理图:

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原理:利用吸气温度的低温来冷凝制冷剂的液体,达到过冷的目的,同时可以达到吸气管的过热,虽是无效过热,但是起码可以防止液体制冷剂进入压缩机造成压缩机的液击。

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