过冷循环、过热循环、回热循环的概念及原理

王中泰

过冷循环、过热循环、回热循环的概念及原理

一、过热、过热度、过热蒸气、有害过热、有益过热
1、过热蒸汽是什么意思？
所谓的过热蒸汽，是指在一定的压力下，温度高于饱和温度的制冷剂蒸气，称为过热蒸气。制冷压缩机排气管处的蒸气温度，一般都高于饱和温度，都属于过热蒸气，称之为“排气过热”。制冷压缩机吸气管处的蒸气温度，一般吸收了环境温度所以温度高于饱和蒸发温度，都属于过热蒸气，称之为“吸气过热”。

2、过热与过热度是什么意思？
在饱和压力条件下，继续使饱和蒸气被加热，使其温度高于饱和温度，这种状态称为过热，这种状态下的蒸气称为过热蒸气，此时的温度称为过热温度，过热温度与饱和温度的差值称为过热度。

在制冷系统中压缩机的吸气往往是过热蒸气，若忽略管道的微小压力损失，那么，压缩机吸气温度与蒸发温度差值就是在蒸发压力下制冷剂蒸气的过热度。制冷压缩机排气管内的温度均为在冷凝压力下的过热蒸气，排气温度与冷凝温度的差值就是排气过热度。

例如：蒸发器内的压力为0.49MPa，则饱和温度为5℃。饱和状态的A-B间为5℃ , A-B间冷媒为气液混合状态（潜热）。B-C间所有的液体已经变为气体。状态为全气体状态，并且周围的热量将会侵入，使温度继续上升(显热)，譬如升至10℃。这时蒸发器出口温度比蒸发器内的温度高5℃，这种状态称为过热，我们称这时流出的冷媒有5℃的过热度。

3、有效过热、无效过热/有害过热
为了使进人压缩机的制冷剂不含液体,状态1应位于过热蒸气区变更为1’点,如下图所示：

若制冷剂从饱和状态加热到状态1’时吸收的热量全部用于制冷,则制冷机的单位雷竞技百科 制冷量增加,增加量为(h1’-h1),这部分的过热我们称作为有效过热。由于过热,使比体积v1增加,所以单位体积制冷量(h1’-h6)/v可能增加,也可能减少。

对常用的制冷剂,经过点1的等熵线一般地较经过点1’的等熵线为陡,表明蒸气过热后,等熵压缩时单位雷竞技百科 制冷剂所消耗的功也增加。由于单位雷竞技百科 制冷量和等熵压缩时的单位雷竞技百科 压缩功均随蒸气过热而增加,等熵压缩制冷系数也有增加或减少的两种可能性。
从被冷却空间的出口至压缩机人口,制冷剂在管道中吸热,这相当于减少了制冷机的部分制冷能力,这部分过热，我们称之为无效过热，但为了防止压缩机液击,少量的吸气过热也是必需的。

制冷系统“有害过热”会使压缩机的吸气温度升高，吸人蒸气的比容增 大，导致单位容积制冷量降低，压缩机的制冷量减少。有害过热的“害处” 就是制冷循环时压缩机运行时的能耗增加，制冷系统的经济效益下降。

制冷系统由于回气管（吸气管）的长度过长或隔热管道隔热措施不好，使管内的蒸气与外界环境进行热交换，从而被加热，这种现象称之为“吸气过热”。“吸气过热”又被称为“有害过热”。

二、过冷、过冷度、过冷循环
1、制冷剂的过冷与过冷度是什么意思？
制冷剂饱和液体在饱和压力不变的条件下，继续冷却到饱和温度以下称为过冷，这种液体称为过冷液体。过冷液体温度称为过冷温度，过冷温度与饱和温度差值称为过冷度。

例如：以R22冷媒为例，假设冷凝器内的压力为1.64MPa，则饱和温度为45℃。饱和状态的A-B间为45℃，A-B间冷媒为气液混合状态（潜热）。B-C间所有的气体已经变为液体，状态为全液体状态，并且不断向周围散热，使温度继续下降（显然），譬如降至40℃ 。这时冷凝器出口温度比冷凝器内的温度低5℃，这种状态称为过冷，我们称这时流出的冷媒有5℃的过冷度。
在理论制冷循环中冷凝后的液体处于饱和状态,而在实际循环中,为了防止制冷剂在节流过程前气化,冷凝后的液体是过冷液体；此时状态4’位于饱和液态线的左侧。

从以下的压焓图我们能够得到，提高制冷系统的过冷度，单位制冷量是增加的，增加量为：h6-h6’（6点焓值减去6’点的焓值），这是就是增加的单位制冷量，可见，液体过冷对制冷系统是有利的，所以在制冷系统的设计中，我们会加大冷凝器的设计来提高制冷系统的制冷量或者能效比。
制冷剂液体的过冷度取决于冷凝器的设计、制冷剂的种类以及冷却介质与制冷剂之间的温差。制冷剂与冷却介质进行逆流换热时,两者的温度变化如下图所示：

图中制冷剂的温度从t2降至tk(冷凝温度)，再降低到t3，冷却介质的温度从Tw1上升到Tw2。如果冷却介质的流量极大, Tw1几乎等于Tw2,此时传热温差最大,但消耗于冷却介质流动的能量也很大,这是不恰当的。所以通常取冷却水温度的升高为4~6℃,冷却空气的温升为8~10℃。

三、回热循环
因为制冷剂离开蒸发器时,其温度不可能高于被冷却物的温度,所以仅依靠被冷却物对制冷剂的加热,不会有大的过热度；若将冷凝器出口处的制冷剂液体与蒸发器出口处的制冷剂蒸气进行热交换,将使制冷剂液体的温度及焓值下降,这样既可实现液体的过冷，也可以实现蒸汽的过热；不仅使单位雷竞技百科 制冷量和制冷系数提高,并可防止压缩机液击。以下为回热系统的制冷系统原理图：

回热循环本质就是液体过冷循环和蒸汽过热循环的组合，其压焓图如下：

4-4’的过程为液体过冷；1-1’的过程为蒸汽过热；
根据能量守恒，在回热器中，液体过冷放出的热量会等于蒸发过热吸收的热量，也就是：h6-h6’= h1’-h1；
回热器中的能量交换：
Qo = G ×（h6-h6’）= G ×（h1’-h1）；
我们在选择回热器换热量的时候，可以根据以上公式计算出来的热量进行选型。