虽然有多种实现传热的方法,但最常见的是使用蒸汽压缩循环。

制冷是一个传热过程。通过从要调节的空间中去除热量,无论是超市的展示柜还是商业建筑的办公空间,都可以降低温度。

虽然有多种实现传热的方法,但最常见的是使用蒸汽压缩循环,其目标是提供处于某种状态/条件下的制冷剂,使其可用作传热流体。

我之前已经提到过这一点,但有必要重复一遍:蒸汽压缩循环中使用了四个主要组件:压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。在本文中,我将重点讨论膨胀装置的作用,特别考虑热力膨胀阀(TEV 或 TXV)或电子膨胀阀(EEV)。

蒸汽压缩循环审查

简而言之,以下是四个主要组件的作用:

所述压缩机接收相对冷却低压蒸气,并将其转换成一个高压蒸汽。压缩机过程的副产品是向蒸汽添加热量,从而产生过热蒸汽。

所述冷凝器接收来自其中蒸汽经过以下过程压缩机过热蒸汽:(1)降低过热,使蒸气饱和的状态; (2) 状态的变化,蒸气变成液体;(3) 进一步的热传递,导致一定程度的过冷——最终结果是一种温暖的高压液体。

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图 1 – 系统中的 TEV。

温暖的高压液体流经膨胀装置的小端口,导致压力降低。当饱和液态制冷剂经历压力降低时,它也必须经历温度降低并呈现该压力的新饱和温度。这是通过流经端口的液体制冷剂的一部分闪蒸成蒸汽来实现的,从过程中剩余的液体制冷剂中去除热量,实现温度降低。制冷剂作为饱和液体和蒸汽的混合物离开膨胀装置,温度较低。TEV/EEV 通过响应蒸发器出口处的过热来调节进入蒸发器的制冷剂质量流量。随着过热度相对于过热度设定点增加/减少,阀门将节流阀关闭/打开以努力维持设定点。

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最后,冷的饱和液气混合物进入蒸发器入口,并流过管道。风扇通过蒸发器的翅片管束使空调空间中的空气循环,使空气中的热量传递给流经蒸发器管的冷饱和制冷剂。这种传热过程导致饱和液体状态变为蒸汽。在某个时刻,靠近蒸发器管的末端,饱和液体的最后一个分子沸腾成蒸汽(完全汽化点)。蒸发器管的其余部分允许热量继续传递给制冷剂蒸汽,从而产生过热蒸汽。(见图 1)

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扩展设备

有几种类型的膨胀装置,其中一些是固定孔口(例如帽管或流量计)。虽然它们更便宜并且不需要任何调整,但它们不能随着热负荷和/或系统条件的变化进行调节。

与固定孔口膨胀装置相比,TEV 和 EEV 的优势包括:它们确实能够响应热负荷和系统条件的变化。这种调节能力可在所有条件下保持适当的制冷剂质量流量进入蒸发器。随着制冷负荷的增加/减少,TEV/EEV 将打开/关闭以努力维持其过热设定点。这将保持正确的制冷剂质量流量到蒸发器入口,并保持蒸发器出口处的适当过热度,从而通过防止液体回流来保护压缩机。

大多数应用都会受到制冷负载变化范围的影响、商业建筑的门打开、墙壁和窗户的热传递、步入式箱门开口等等……没有恒定的制冷负载这样的事情。

虽然制冷负载的变化可能很小或很大,但不断变化的制冷负载会导致 TEV/EEV 始终处于重新定位自身以满足新负载需求的状态。

当制冷负载发生快速且显着的变化时,之前足够的 TEV 开度(冲程)变得完全不足。

TEV容量

TEV 容量可以最好地描述为制冷效果(系统运行条件下制冷剂的传热能力,单位为 Btu/lb)乘以 TEV 输送到的液态制冷剂质量流量(单位为 lb/min)蒸发器入口。传递给蒸发器中饱和液态制冷剂的热负荷构成了制冷效果的最大部分。这导致制冷剂发生状态变化;潜热传递过程。

对于 TEV/EEV 来说,阀门入口处必须有 100% 的液体(无蒸汽)才能在其额定容量下运行。否则,就不能输送必要的制冷剂质量流量来满足热负荷的需求。

开幕和闭幕

当 TEV/EEV 调节进入蒸发器的制冷剂质量流量时,它会响应蒸发器出口处的过热变化,以确定阀门何时打开/关闭。

例如:想象一下您当地超市的冰淇淋展示柜系列(带玻璃门)。在需要装载产品或客户选择要购买的商品之前,门通常是关闭的。例如,图 2(第 56 页)显示一位购物者到达展示柜,但玻璃门尚未打开。负载相对恒定。玻璃和框架会传递少量热量,但不会很多。TEV 将-20F 饱和的液-气制冷剂混合物送入蒸发器,从空间中的空气中吸收热量,使液体状态变为蒸汽。蒸发器的一小部分由 100% 蒸汽供给,使蒸汽经历显热增益,

图 3 显示购物者打开门。进入空间的较暖环境空气会导致陈列柜内的制冷负荷迅速增加。理想情况下,增加的热负荷会同时引发 TEV 开度(冲程)的增加,从而导致制冷剂质量流量的必要增加以满足新热负荷的需求。

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图 4:系统在门保持打开的情况下达到平衡。

实际上,由于 TEV 不能直接感知制冷负载的变化,而只能感知制冷负载变化的结果,因此在热负载增加和 TEV 行程变化之间存在时间滞后,并且结果是蒸发器出口处的过热设置。

过程如下:随着门的打开,额外的热量进入冷藏空间,并传递给蒸发器中的饱和制冷剂。然后制冷剂以更快的速度沸腾,导致蒸发器出口处的过热状况更高。增加的过热然后导致 TEV 打开,向蒸发器供应更多的制冷剂,以努力将过热降低回 TEV 设定点。

一段时间后,当门保持打开状态时,系统将达到平衡。制冷剂质量流量的增加将抵消制冷负荷的增加,过热度将再次达到其设定点(如上图 4 所示)。

在某个时候,购物者选择商品并关上门。制冷负荷再次发生变化。而且,TEV 再一次在“追赶”。

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图 5:购物者关门后。

在图 5 中,随着门的关闭和制冷负荷的减少,TEV 现在打开得太多。液态制冷剂现在将以较慢的速度沸腾,完全蒸发的点靠近蒸发器出口。这导致较低的过热设置……在这种情况下,2F 过热。感应灯泡检测到这一点,并导致 TEV 节流阀关闭,从而减少制冷剂质量流量以试图达到过热设定点。

当购物者移动到商店的另一个位置时,制冷负载又变得有些稳定。一段时间后,随着门关闭,系统将再次达到平衡。随着过热度恢复到设定点,生活又恢复了——至少在下一个购物者到来之前是这样。

这是典型的 TEV/EEV 整天经历的表现。制冷负荷从不恒定。影响 TEV/EEV 容量的系统条件永远不会恒定。因此,TEV/EEV 的寿命一直处于动荡之中,试图在不断变化的世界中维持过热设定点。

最后,虽然稍后应该对此进行更深入的讨论,但我只想说,与机械 TEV 相比,带有电子控制器的电动阀 (EEV) 具有更好的精确和重复控制过热的能力。

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