空调制冷系统中,从冷凝器送往膨胀阀的高压液体,需要具有一定的过冷度,以克服因管道压损、膨胀阀节流降压而导致的制冷量降低。
冷凝器中,来自压缩机的气态冷媒在高压下放热冷凝,此时为冷凝压力(高压)下的饱和状态,液体和蒸汽具有相同的温度即饱和冷凝温度。
冷凝器中已经冷凝的液态冷媒继续放热降温,使其温度低于饱和温度,称为过冷。
以下示例冷凝器中冷媒的冷凝和过冷过程,以R22冷媒为例,,假设当前环境温度35℃,则冷凝器内的冷凝温度约为45℃,相应的饱和冷凝压力为1.64MPa。
A-B为饱和状态下的冷凝过程,冷媒由A处的饱和气态(45℃)逐渐放热冷凝为B处的饱和液态(45℃),其间为气液混合状态(45℃)。
冷凝过程中由气态变为液态放出的都是潜热,没有显热变化,因此温度始终保持为45℃(饱和冷凝温度)不变。
B-C为冷媒冷凝后的过冷过程,B处的饱和液体继续向周围散热,由于此时全部为液体状态,此时放出的只能是显热,使冷媒液体的温度下降,低于B处的饱和温度,这就是过冷。
假设冷凝器出口的液体温度下降至40℃,比冷凝器内的饱和温度低5℃,此时的冷媒就称为过冷液体,具有5℃的过冷度。
过冷的作用,从压焓图可以看出,使高压液态冷媒向左偏离气液两相区更远,减少节流过程中产生的闪发蒸汽量,使更多的冷媒以液态进入蒸发器,可有效蒸发用于制冷,从而提高单位制冷量,提高制冷的性能系数。
理论上过冷度越大越有利,但实际上会受到环境条件的限制。譬如上述的环境温度35℃,此时风冷时的进风温度35℃,水冷时冷却水的进水温度32℃、出水37℃。液态冷媒要想传热冷却,其最终温度必然高于这些冷却介质的温度。
因此,实际空调制冷系统的过冷度一般为3~5℃,不低于3℃。