Взаимосвязь давления и температуры кипения

Давление и точка кипения жидкости связаны: чем выше давление, тем выше температура кипения. Вода при атмосферном давлении кипит при 100 °C, R134a — при −26,5 °C, R12 — при −29,8 °C. На этом основан кондиционер: в испарителе низкое давление и хладагент кипит, отбирая тепло, а в конденсаторе высокое — и пар конденсируется.

Изменение давления на жидкость влечет за собой изменение её точки кипения. Это универсальное правило для всех жидкостей.

Температура кипения разных веществ:

• Вода (Н2О) кипит при 100 °C.
• Моторное масло кипит при 380–400 °C.

Вода демонстрирует, что с увеличением давления повышается и точка кипения.

Использование в автомобильных системах охлаждения: Хладагенты с низкой температурой кипения активно применяются в климатических системах автомобилей.

Температуры кипения хладагентов при атмосферном давлении:

• Хладагент R12 −29,8 °C.
• Хладагент R134a −26,5 °C.

Анализ кривых давления пара

Исследование кривых давления пара для хладагентов R134a и R12 (более не используется) и воды показывает, что:

• При стабильном давлении снижение температуры приводит к конденсации пара в жидкость (в климатических системах это происходит в конденсаторе).
• При снижении давления хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное (в климатических системах это происходит в испарителе).

Расширение принципа на другие системы

Применение в различных технологиях: Понимание взаимосвязи между давлением и температурой кипения находит применение не только в автомобильных системах охлаждения, но и в других областях, таких как промышленное охлаждение, химическая обработка и кулинарные процессы. В каждом случае эффективное управление этими параметрами позволяет оптимизировать процессы и повышать их эффективность.

Давление и температура кипения R134a

Цикл на диаграмме давление–энтальпия — в статье состояние хладагента R134a в цикле; диагностика по давлению — поиск неисправностей по давлению. Тот же холодильный цикл в промышленном масштабе работает в чиллерах для охлаждения воды — подбор чиллера онлайн.

Таблица: давление насыщения R134a и R1234yf от −30 до +70 °C

Давление насыщения хладагента однозначно связано с температурой: по показанию манометра на порту автокондиционера можно сказать, при какой температуре в этот момент кипит хладагент в испарителе или конденсируется в конденсаторе. Таблица ниже — избыточное давление (то, что показывает манометр) на линии насыщения для двух хладагентов автокондиционеров; данные по уравнениям состояния NIST, округлены до 0,1 бар.

Как пользоваться: манометр низкой стороны показывает 2,5 бар — значит, R134a в испарителе кипит при +5 °C; манометр высокой стороны показывает 12 бар — конденсация идёт при +50 °C. Температуры самих трубок отличаются от этих значений на перегрев (на выходе испарителя) и переохлаждение (на выходе конденсатора) — по этим двум разностям и ставят диагноз.

Перегрев = t_{трубки всасывания} − t_{насыщения}(p_низк.); Переохлаждение = t_{насыщения}(p_выс.) − t_{жидкостной трубки}

Пример: p_низк. = 2,5 бар, трубка всасывания +11 °C → перегрев 6 K, норма 4–8 K. p_выс. = 12 бар, жидкостная трубка у ресивера +43 °C → переохлаждение 7 K, норма 5–10 K. Перегрев 15 K и переохлаждение 2 K вместе означают недозаправку; перегрев 2 K — переполненный испаритель и риск залить компрессор. Как держит перегрев расширительный клапан кондиционера и что показывает конденсатор кондиционера автомобиля — в отдельных статьях.

Почему в испарителе давление низкое, а в конденсаторе высокое

В испарителе давление низкое, потому что компрессор откачивает из него пар быстрее, чем хладагент успевает испаряться, а в конденсаторе высокое, потому что тот же компрессор нагнетает пар в объём, из которого жидкость уходит только через узкое отверстие расширительного клапана. Два давления — это два «уровня», которые держат компрессор с одной стороны и клапан с другой; хладагент между ними только переходит из жидкости в пар и обратно.

Низкое давление задаёт низкую температуру кипения: при 2 бар R134a кипит при 0 °C, то есть холоднее воздуха салона, и тепло идёт от воздуха к хладагенту. Высокое давление задаёт высокую температуру конденсации: при 12–15 бар это +50…+57 °C, то есть горячее уличного воздуха даже в жару, и тепло уходит от хладагента на улицу. Поэтому в жару давление нагнетания растёт — конденсатору нужен запас температуры над уличным воздухом в 10–15 K, а при +40 °C на улице это уже +55 °C и около 14 бар.

Какое давление в кондиционере на выключенной машине

На выключенной машине давление в обеих частях контура выравнивается за 20–30 минут и становится равным давлению насыщения при температуре под капотом: при +20 °C это около 4,7 бар, при +25 °C — 5,6 бар, при +35 °C — 7,9 бар. Это удобный тест на утечку без запуска двигателя: если при +25 °C манометр показывает 3 бар, значит в системе остался только пар и часть жидкости ушла; 0 бар — хладагента нет совсем. Давление в покое не зависит от массы заправки, пока в контуре есть хоть немного жидкости, поэтому «полную заправку» по нему не проверить — только наличие.

Прогретый моторный отсек даёт давление выше табличного на 1–2 бар: ресивер и трубки у выпускного коллектора теплее уличного воздуха. Как разделить утечку, недозаправку и неисправность клапана по давлениям в работе — в статье о поиске неисправностей по давлению (ссылка в конце), как подключить манометры к портам — в статье присоединение манометров к автокондиционеру.

Чем отличаются давления R1234yf и R134a

Давления насыщения R1234yf и R134a отличаются меньше чем на 0,3 бар во всём рабочем диапазоне: на холодной стороне у R1234yf давление чуть выше (2,1 против 1,9 бар при 0 °C), на горячей чуть ниже (15,4 против 15,8 бар при +60 °C). Разница в другом: у R1234yf на 15–20 % меньше скрытая теплота испарения, поэтому для той же холодопроизводительности его прокачивают больше, а заправочная масса у машин на R1234yf обычно на 5–10 % меньше из-за иной конструкции контура с внутренним теплообменником. Сервисные порты у R1234yf другого размера, чтобы хладагенты не перепутали; смешивать их нельзя. Свойства, обозначения и экологические классы хладагентов — в статьях хладагент автомобильного кондиционера и хладагент R134a.

В промышленных чиллерах на R410A давления в полтора-два раза выше: при тех же +5 °C кипения — около 8,4 бар, при +50 °C конденсации — 30 бар; у чиллера 30 кВт ВМТ-Ксирон эти значения заложены в уставки реле давления и в подбор конденсатора. Теория для стационарных систем — в статье зависимость давления пара от температуры.

Частые вопросы

Как давление влияет на температуру кипения?

С ростом давления температура кипения повышается, со снижением — понижается; для каждого вещества эта зависимость описывается кривой давления насыщенного пара.

При какой температуре кипит R134a?

При атмосферном давлении — при −26,5 °C; при давлении около 2 бар (изб.) — примерно при 0 °C.

Почему от давления зависит температура кипения?

Жидкость кипит, когда давление её насыщенного пара сравнивается с давлением над ней: чем ниже внешнее давление, тем при меньшей температуре пар «пересиливает» его и начинается кипение. В испарителе компрессор держит низкое давление, и R134a кипит уже при 0 °C; в конденсаторе давление высокое, и пар превращается в жидкость при +50 °C.

Какое давление R134a при 0 °C?

Около 1,9 бар избыточного (2,9 бар абсолютного) — это типичное давление на низкой стороне автокондиционера: испаритель держат около 0…+3 °C, чтобы он не обмерзал. У R1234yf при 0 °C — 2,1 бар.

Какое давление на линии нагнетания в жару?

Обычно 12–18 бар избыточного: конденсатор работает на 10–15 K горячее уличного воздуха, при +35 °C на улице конденсация идёт при +45…+55 °C, а это 10,8–13,8 бар для R134a. Выше 20 бар — грязный конденсатор, не работает его вентилятор или система перезаправлена.

Какое давление R134a при 25 °C на выключенной машине?

Около 5,6 бар избыточного — давление насыщения при температуре под капотом, одинаковое на обоих портах после 20–30 минут простоя. Заметно меньше при той же температуре означает утечку; больше на 1–2 бар — просто горячий моторный отсек.

Как по давлению узнать температуру кипения хладагента?

По таблице или графику насыщения: давление на манометре низкой стороны переводят в температуру — для R134a 2 бар это примерно 0 °C, 2,5 бар — +5 °C, 3 бар — +9 °C. Разность между температурой трубки всасывания и этой температурой — перегрев, по нему судят о заправке и работе расширительного клапана.

Читайте также

• Важнейшие понятия хладотехники
• Состояние хладагента R134a в цикле климатической установки
• Принцип действия автомобильного кондиционера
• Контур хладагента с расширительным клапаном