空调循环过程

翁德沃彭：

介绍
循环流程
对数 pH 值图表
比较 R134a 与 R1234yf

内嵌：
汽车空调的冷却过程利用了物质状态的变化。在状态变化期间，例如从液体转变为蒸汽，物质的分子结构发生变化，这需要热量。当液体变成蒸气时会吸收热量，反之，当从蒸气转变为液体时会释放热量。

如果我们观察环境中的传热和传热，我们会发现在蒸发过程中，环境变冷，而在冷凝过程中，热量被释放，环境变暖。环境的冷却发生在蒸发器中，而加热发生在冷凝器中。这个过程不断重复，这就是为什么它被称为循环过程。

在“空调介绍”页面，实用地描述了空调各部件的循环过程。在本页中，我们将通过 pH 对数图进一步深入研究这个循环过程。

回收流程：
在展示完整的 pH 对数图表之前，让我们先从空调循环过程开始。在这个循环过程中我们使用制冷剂R134a的图表。在该图中，气体、气-液和液体的区域彼此不同。临界点位于顶部，温度为 101 摄氏度，压力为 40 bar。这些是制冷剂化学稳定的最高温度和压力。 x 轴上绘制了热含量（热函）与压力的关系图。尽管我们经常将其称为“pH 图表”，但由于采用对数缩放，它实际上是“对数 pH 图表”。

在图中的点 1 处，压缩机启动，从蒸发器吸入制冷剂。压力为2巴；
气体从 1 压缩到 2，压力和热含量增加。压力和温度升至 15 巴和 70 摄氏度。气体过热；
由于冷凝器中的热量释放，热含量降低，因此最初的温度降低。气体在点 2 和点 3 之间失去过热度，导致温度从 70 降至 55 °C。
从点 3 到点 4，有恒温放热。在这里，气体转化为液体。压力保持恒定；
进一步冷却会导致液体稍微过冷（从 4 到 5）。 15 bar 高压下的过冷液体在点 5 处达到收缩点：毛细管或膨胀阀。此处高压与低压分开。从压缩机来看，我们也可以说排气压力与吸气压力是分开的。

由于收缩处压力突然下降，液相制冷剂的沸点会降低，引起自发蒸发。为此所需的热量首先从制冷剂本身及其周围环境中提取。这仍然是热含量几乎恒定。然后在蒸发器中从点 6 到点 1 发生完全蒸发。制冷剂的沸点温度在 5 的第 6 点和第 50 点之间下降°C 至 -10°C，最终作为气体升温至点 1 至 0°C。制冷剂的热含量增加，所需的热量从环境中提取，在这种情况下是通过蒸发器的空气。压力和温度几乎保持恒定。制冷剂以蒸气形式离开蒸发器，并在点 1 处再次被压缩机吸入。该过程重复进行。

记录 pH 值图表：
在上一节中，pH 对数图显示了制冷剂的循环过程（从蒸发到冷凝）。下图显示了制冷剂在一定压力下的状况与焓（热含量）的关系，其中循环过程由深蓝色线表示。

图的左侧是流体区域。在低焓下，制冷剂呈液体形式。随着焓的增加，达到液体线。这条线的斜率表示液相压力和焓的变化。

图的中心是饱和蒸气区。这里制冷剂处于热平衡，同时存在液体和蒸汽。

在右侧，我们看到饱和蒸气线，它标志着制冷剂完全蒸发并处于过热蒸气相的极限。

图的顶部是临界点，它标志着液体和蒸汽之间的边界。在这里，汽相和液相之间的区别消失了，使制冷剂处于独特的状态。液体和蒸气之间没有明显的过渡。

为了更深入地了解 log-ph 图，下图中添加了几条曲线：等熵、等温、等容和蒸汽质量。在下图中，我们再次看到循环过程（灰色）以及其他过程的进展。以下是每个状态变化的简要说明：

等熵： 和等熵线的特征是熵不变。这意味着在沿着这条线的过程中，制冷剂不与环境进行热交换，并且不经历熵变。图中是一条高效的绝热（无热交换）工艺线。
等温线： log-pH 图中的等温线代表恒温过程。在此过程中，制冷剂的温度保持恒定，这意味着提供或除去热量以保持压力-焓 (ph) 比恒定。

等温线： log-pH 图中的等容线代表恒定体积过程。在此过程中，制冷剂的比体积保持恒定，这意味着体积不会发生变化。这允许线条样式在图中向上或向下移动，具体取决于压力和焓等其他变化。

蒸气质量： 在制冷剂 pH 值对数图表中，x 轴表示质量范围，从“x=0”（完全液态）到“x=1”（完全气态）。在这两个极端之间，制冷剂处于两相状态，x 值表示气液比。图中从“x=0,10”到“x=0,90”的线表示制冷剂处于该两相范围内，具体的x值表示气/液分配。这对于了解制冷剂在制冷和空调系统等应用中的行为至关重要。

在下图中，我们看到了制冷剂 R134a 的完整 pH 对数图。

比较 R134a 与 R1234yf：
使用 pH 对数图，可以对不同类型的制冷剂进行相互比较。下图显示了R134a和R1234yf的pH对数图和循环过程。