Регистрация Войти
Вопрос

Как жидкий хладагент распределяется по системе перед запуском

Когда система кондиционирования находится в состоянии покоя (например, перед запуском), как жидкий хладагент распределяется по системе? Я бы предположил, что расширительный клапан остаётся слегка открытым, позволяя жидкой части хладагента стекать в нижнюю часть системы, а паровой — в верхнюю. Если это так, то как предотвратить попадание жидкого хладагента в компрессор?



См. изображение ниже:
Согласны ли вы с тем, что манометры на коллекторе показывают соотношение между температурой газа и давлением и что это соотношение верно только при наличии давления пара (жидкой фазы в системе)? Давление газа в системе (без жидкой фазы) не позволяет определить правильную температуру при указанном давлении.



введите описание изображения здесь
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/59842/how-is-the-liquid-refrigerant-distributed-throughout-the-system-before-start
1
+ Читать

30 Комментариев

  1. Объём жидкого хладагента остаётся практически неизменным независимо от того, работает система или нет. Система кондиционирования представляет собой ёмкость необычной формы, но это всё равно ёмкость. Если у вас есть баллон весом 30 фунтов с одним фунтом хладагента, вы можете встряхнуть его и почувствовать жидкость внутри. Небольшое количество хладагента испаряется, и этот газ повышает давление в баллоне до тех пор, пока оставшаяся жидкость не перестанет испаряться. Компрессор при этом не задействован. Жидкость остаётся в баллоне. То же самое происходит в системе кондиционирования. Когда компрессор сжимает газ до состояния жидкости, такое же количество газа испаряется на стороне всасывания. В контейнере всегда присутствует небольшое количество газообразного хладагента, который создает давление и предотвращает испарение оставшейся жидкости. Компрессор может сжать только то небольшое количество газа, которое испарилось, но при этом под низким давлением испаряется такое же количество газа. Объем жидкого хладагента изменяется точно так же, как и в баллоне с газом.

  1. Прежде всего, да, на холостом ходу в системе всегда присутствует жидкий хладагент.

    Если посмотреть таблицы, то можно увидеть, что минимальное количество R134a в автомобильных кондиционерах составляет около 500 г, а в некоторых автомобилях его в два раза больше.

    [химия] 500 г R134a — это примерно 5 моль, объём которых при 25 °C (77 °F) составляет 115 л (30 галлонов). [/химия]

    Теперь мы знаем, что при такой температуре давление в системе кондиционирования составляет около 5 бар (72 фунта на квадратный дюйм), что, кстати, соответствует давлению, указанному на манометрах на изображении.

    Согласно уравнению идеального газа V1/V2=p2/p1, при заданном давлении газ (а значит, и система кондиционирования) должен иметь объём 115 л/5 = 23 л (6 галлонов).

    Поскольку система кондиционирования автомобиля точно не имеет такого объёма (возможно, в более крупных автомобилях хладагента больше), в системе должна быть жидкость R134!
    (Помните, что уравнения идеального газа применимы только к идеальным газам. Многие газы можно считать идеальными, но только при условии, что они находятся далеко от точки кипения)



    Если кондиционер не используется, велика вероятность того, что вокруг компрессора будет находиться жидкий хладагент, поскольку он часто является самой нижней частью системы.



    Я не могу это подтвердить, но я думаю, что жидкий хладагент в компрессоре не так опасен, как вода для двигателя внутреннего сгорания. В двигателе внутреннего сгорания клапаны цилиндров открываются внутрь, и более высокое давление внутри ещё сильнее закрывает клапаны. Но в компрессоре выпускной клапан открывается наружу, когда давление становится достаточно высоким. Таким образом, жидкость в цилиндре (или что это там) может вытекать и не вызывает гидроудар. Это действительно создаёт нагрузку на компрессор, но поскольку это происходит только при включении кондиционера и не всегда, компрессор может это выдержать.


  1. @SolarMike: Я бы сказал, что это не идёт им на пользу. Но это не уничтожает их сразу.
  1. Спасибо, Свебер, за ваше объяснение. То, что вы говорите, имеет смысл и полностью отвечает на мой вопрос.
  1. Компрессоры кондиционеров не предназначены для перекачивания жидкостей...
  1. Или давайте посмотрим на это с другой стороны: на тысячах сайтов указано давление в системах кондиционирования в состоянии покоя, но покажите мне хоть один сайт, на котором давление соотносится с количеством хладагента.
  1. @SteveRacer: я уже показал это в своём ответе. Если бы всё состояло из газа и действовали законы идеального газа, то минимальный объём системы кондиционирования составлял бы 6 галлонов. И... при нормальной температуре окружающей среды... что это значит? На систему кондиционирования всегда оказывается давление.

  1. На «впускной» стороне системы не должно быть жидкости. Этому в значительной степени препятствует терморегулирующий вентиль (ТРВ) или, в более старых автомобилях, дроссельная трубка. Эти детали находятся в испарителе — теплообменнике, расположенном внутри автомобиля в корпусе системы отопления, вентиляции и кондиционирования под приборной панелью, — или непосредственно перед ним.



    При нормальной температуре и давлении в состоянии покоя весь хладагент будет находиться в газообразном состоянии. Именно так и предполагал Полстер.



    При условии, что система не переполнена, хладагент будет оставаться в виде плотного газа до тех пор, пока не будет сжат и температура не снизится. Давление создаётся компрессором, а переход из газообразного состояния в жидкое происходит в конденсаторе (ещё одном теплообменнике, обычно расположенном перед радиатором).



    Если бы жидкость попала на всасывающую сторону компрессора, устройство «заклинило бы» и, скорее всего, вышло бы из строя, если бы вам не повезло и ремень не сгорел или не порвался раньше.



    Ответ на комментарий:



    @Simone Я не совсем понимаю, о чём вы говорите, но у большинства газов довольно высокая температура кипения по сравнению с хладагентом. (У R134a она составляет около -15 градусов по Фаренгейту.) Я бы скорее назвал это «давлением газа», а не давлением пара, но в любом случае вы можете поместить в резервуар кислород, гелий, аргон и углекислый газ под давлением в тысячи фунтов на квадратный дюйм, но ни один из них не будет находиться в жидкой фазе при нормальной «человеческой» температуре.



    Всё это подчиняется закону идеального газа PV=nRT, где давление * объём пропорциональны количеству молей (объёму) * температуре * константе (единицам измерения). Жидкая фаза (если она есть) практически несжимаема (поэтому она может вывести из строя компрессор) и не влияет на показания манометра на коллекторе. Манометры не показывают температуру, только давление газа. (Существуют специальные коллекторы со встроенными термометрами, но манометры по-прежнему не показывают температуру.) Чтобы определить, соответствуют ли измеренные значения давления конкретному типу хладагента и рабочим температурам, необходимо использовать таблицу.



    В состоянии покоя, поскольку я почти уверен, что температура [R134a] хладагента будет выше -15 градусов по Фаренгейту, в системе не должно быть жидкости. По мере повышения температуры будет расти и давление газа. Если давление резко падает, как в случае с небольшим отверстием, через которое хладагент выходит в испаритель, то резкое падение давления должно привести к резкому падению температуры, поскольку объем, количество молей и константа не меняются. Вуаля! Наслаждайтесь «кондиционером»...
  1. Я согласен со Свебером. Мне кажется бессмысленным предположение о том, что в системе кондиционирования в состоянии покоя содержится только газообразный хладагент. Если бы это было так, то, измерив температуру и давление хладагента, мы могли бы легко рассчитать его количество в системе.
  1. Это происходит только при работающей системе и достаточном потоке охлаждающего воздуха через теплообменник конденсатора, чтобы снизить «T» в уравнении газового закона.
  1. Даже на выходе из компрессора газ остаётся газообразным, пока не охладится в конденсаторе. Давление, безусловно, повышается, возможно, до 350 фунтов на кв. дюйм (назовём это 25 бар) для R12 в пустыне. Но выходная труба очень горячая. Чтобы газ конденсировался и превратился в жидкость, нужно избавиться от «T» в законе Гей-Люссака.
  1. @Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2: Там точно осталась какая-то жидкость. Подумайте вот о чём: если бы это был только газ, то давление зависело бы от температуры и количества оставшегося газа. Если там есть жидкость, то давление зависит только от температуры. (Сравните баллон с азотом и баллон с жидким газом)
  1. Компрессор с переменным рабочим объёмом обычно начинает откачивать хладагент при минимальном угле поворота пластин, поэтому он меньше подвержен поломкам. Автомобильные компрессоры обычно не имеют масляного картера, поэтому в них не так много масла, которое может быть вытеснено жидким хладагентом, как, например, в автомобильном компрессоре Harrison A6. Размещение компрессора в верхней части системы (то есть над двигателем) может предотвратить засорение жидкостью, но в то же время делает компрессор более уязвимым к снижению скорости возврата смазки, вызванному низким уровнем хладагента.
  1. Тем не менее жидкий хладагент вредит терморегулирующим вентилям. Это факт. Но реальный вред наносится из-за постоянного перетекания жидкости, вызванного, например, тем, что колба терморегулирующего вентиля потеряла физический контакт с всасывающей линией. Не за 1–2 секунды, а за ночь, когда минимальная порция жидкого хладагента попадает внутрь компрессора (самой холодной части системы, куда жидкость стремится попасть в первую очередь).
  1. На выходе из компрессора находится газовая фаза с высоким давлением и высокой температурой. НЕ жидкость. Вы можете получить жидкость, только снизив температуру, что происходит в конденсаторе с соответствующим названием. Эти «интернетные» таблицы работают (в некотором роде) потому, что предполагается, что система идеально заправлена и соотношение молей и объёма соответствует норме. Чем больше мощность, тем больше требуется хладагента. Давление в состоянии покоя, безусловно, будет зависеть от степени заправки. Проверка системы в состоянии покоя при верхнем/нижнем давлении 15/15 — верный признак утечки. Давление 70/70, скорее всего, является нормой, но оно (разумеется) зависит от температуры окружающей среды.
  1. Вы хотите сказать, что добавление большего количества хладагента не изменит давление в состоянии покоя? Или восстановит половину объёма заряда? (Я собирался сказать «выбросьте»...) Давайте разберёмся. 7 галлонов — это примерно объём 30-фунтового баллона с R134a. Создайте вакуум, а затем добавьте 14–20 унций R134a. (Это примерно соответствует объёму системы кондиционирования автомобиля.) Вы действительно думаете, что в резервуаре, скажем, при температуре 70 градусов по Фаренгейту будет хоть какая-то жидкость? А что, если бы это был резервуар на 70 или 700 галлонов? Вы не достигнете точки конденсации, потому что в таком большом объёме недостаточно «n», чтобы создать давление.
  1. Опять же, я говорю об открытой системе, в которой установилось тепловое равновесие «в состоянии покоя». Конечно, я не утверждаю, что после конденсатора в работающей системе нет жидкой фазы. Я просто не могу согласиться с тем, что в системе, находящейся в состоянии покоя и с установившимся тепловым равновесием выше точки кипения, есть жидкая фаза, учитывая количество молей и объём, которые существуют в мобильном кондиционере. Я могу ошибаться — я же не девственник, — но покажите мне, как при V — объёме, n — молях, P — давлении и T — температуре можно получить жидкость, которая конденсируется в любом месте при тепловом равновесии в состоянии покоя при нормальных условиях окружающей среды.
  1. Хладагент должен равномерно распределиться по системе и достичь температуры окружающей среды. Я не уверен, что на этом этапе он ещё остаётся в жидком состоянии, но предполагаю, что это не так. Оставляю это в качестве комментария, потому что на самом деле я не знаю наверняка.
  1. Добро пожаловать в компанию по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей!
  1. Я утверждаю, что при правильной зарядке автомобильной системы, находящейся в состоянии покоя в течение «длительного» периода времени (температура на входе в компрессор = температуре на выходе из компрессора = температуре в испарительной камере = температуре в конденсаторе), в большинстве реальных ситуаций «n» недостаточно для того, чтобы в системе была жидкость при разумных температурах окружающей среды.
  1. Я полностью согласен с @sweber в том, что температура кипения зависит от давления. Но я думаю, что мы все упускаем из виду проблему «объёма». Конечно, в стандартном баллоне с R134a весом 30 фунтов можно встряхнуть его и почувствовать жидкую фазу. Но это в 20–40 раз больше, чем в типичной автомобильной системе. Согласен, количество (в молях) хладагента подобрано таким образом, чтобы обеспечить лёгкое фазовое превращение из жидкого состояния в газообразное в испарителе и из газообразного в жидкое в хорошо охлаждённом конденсаторе. Но я полагаю, что эти параметры выбраны не наугад. Это не баллон на 30 фунтов и не баллончик для заправки на 14 унций под высоким давлением.
  1. Как специалист ASE Advanced Master и сертифицированный специалист по хладагентам MACS, я обслуживал одну или две системы. И я знаю, что в системах рекуперации используется чувствительная шкала на резервуаре, которая обнуляется при запуске. Таким образом (в сочетании с датчиком температуры) система рекуперации определяет вес (количество молей, «n» из закона идеального газа) восстановленного хладагента. Вы вполне могли бы определить количество хладагента по манометрическому комплексу, если бы знали точное количество молей в системе и равновесную температуру системы (при условии, что вся система находится в газообразном состоянии; да, в этом и загвоздка...)
  1. Каждый, кто обслуживал систему кондиционирования, знает, что единственный способ узнать количество газа в системе — это процедура восстановления хладагента, а не использование манометра. Поэтому, на мой взгляд, в системе кондиционирования в состоянии покоя содержится жидкий хладагент и пар. Как жидкость не попадает в компрессор, остаётся загадкой. Возможно, всасывание, создаваемое на стороне низкого давления, испаряет жидкость во время запуска?
  1. @SteveRacer: Мне кажется, вы неправильно понимаете, что такое температура кипения. -15F / -28°C верно только при атмосферном давлении. При повышенном давлении он закипает при более высокой температуре. При давлении 5 бар он закипает при 70F / 20°C. При 175F / 80°C он закипел бы при давлении 25 бар. И я не говорил, что у вас жидкость с температурой -15F находится рядом с более тёплым газом. Наконец, вы прибегаете к законам идеального газа. Но они применимы только к газам, которые никогда не конденсируются, и не подходят для газов, близких к точке кипения.
  1. Я не знаю, откуда взялось «5 бар», но уверяю вас, что даже в прохладный осенний день типичное давление в системе «в состоянии покоя» составляет примерно 60–80 фунтов на квадратный дюйм, или очень близко к 5 бар. НИЧЕГО из этого не является жидкостью. Полагаю, если бы на Аляске были открыты окна, могла бы возникнуть проблема. Опять же, такое поведение определяется законом идеального газа, и вы не можете получить жидкость с температурой -15 градусов по Фаренгейту рядом с чем-то газообразным, имеющим более высокую температуру. Система ВСЕГДА будет выравниваться по температуре, и если вся система не будет находиться ниже [очень высокой] температуры кипения, то жидкая фаза не сможет сохраняться.
  1. Даже если температура в салоне будет -20 градусов по Фаренгейту, а в моторном отсеке — 200 градусов по Фаренгейту, система будет работать в обоих направлениях до тех пор, пока давление газа не выровняется. Вы никогда не увидите существенной разницы на манометре коллектора, если система не работает какое-то время. Любая теоретическая «жидкость» в испарителе приведёт к заклиниванию компрессора. Этого не происходит, потому что это невозможно. Невозможно изолировать жидкость от газа, так как нет «клапана», который отделял бы одну часть системы от другой. Даже терморегулирующий вентиль никогда не закрывается полностью.
  1. @Sweber Нет, ни в коем случае. Между испарителем и любой «трубой кондиционера под капотом» нет никаких препятствий для потока. Если температура в салоне автомобиля не опускается ниже -15 градусов по Фаренгейту, в испарителе не будет жидкости. В этом случае трубка с отверстием/TXV также не имеет особого значения. В состоянии покоя сжатие отсутствует, и система выравнивается до одного постоянного давления.
  1. Что имеет в виду @Simone: жидкий R134a при комнатной температуре наверняка начнёт кипеть. Но если он находится в герметичном контейнере, таком как система кондиционирования, он будет кипеть до тех пор, пока давление газа/пара не достигнет 5 бар, а затем перестанет. Я имею в виду, что именно так работает кондиционер: он изменяет давление, заставляя 134a испаряться и конденсироваться. Теперь предположим, что в испарителе автомобиля очень низкая температура и много жидкого 134a. Когда автомобиль стоит на солнце, испаритель сильно нагревается, намного сильнее, чем трубка кондиционера под капотом. 134a конденсируется там, прямо перед компрессором.
  1. То, что вы говорите, имеет смысл, однако манометры для проверки и зарядки, используемые для обслуживания системы кондиционирования, напрямую связаны с давлением и температурой. Эта связь существует для давления пара, а давление пара существует только в том случае, если в системе есть жидкость. Поскольку вы сказали, что в состоянии покоя жидкости нет, то при неработающей системе связи между температурой и давлением не будет. Я прав?
  1. Единственный способ предотвратить попадание жидкости в компрессор при выключенной системе - установить электромагнитный клапан жидкостной магистрали (LLSV) сразу после конденсатора. Это делается в автобусных системах кондиционирования воздуха, поскольку, по-видимому, жидкий хладагент внутри поддона транзитного компрессора (загуглите Carrier 05G, если хотите пример) при запуске является очень плохой вещью (хладагент вытесняет масло в компрессоре). TXV определенно может открыться при неактивированной системе, поскольку всасывающий трубопровод остается теплым, когда хладагент не проходит через него.
Вы уже ответили на этот вопрос