蒸汽喷射式制冷

蒸汽喷射式制冷蒸汽喷射式制冷机也是一种以热能为动力、以液体制冷剂在低压下蒸发吸热来制取冷量的制冷机，是依靠液体的汽化来制冷的。这一点和蒸气压缩式制冷及吸收式制冷完全相同，不同的是怎样从蒸发器中抽取并压缩蒸汽。它采用单一物质作为循环工质，目前通常都是水，所以也称为水喷射式制冷。它同样具有系统真空度高、热力系数低、只能制取0℃以上的低温等缺陷。4.2.1蒸汽喷射式制冷循环的特点1）蒸汽喷射式制冷的设备结构简单，金属耗量少，造价低廉，运行可靠性高，使用寿命长，一般都不需备用设备。2）制冷系统操作简便，维修量少。3）蒸汽喷射式制冷循环耗电量少，如果使用于有较多工业余汽的场合，能节约能源。4）蒸汽喷射式制冷以水作为制冷剂，并且根据需要可使制冷剂、载冷剂合为一体，或者采用开式循环形式。由于水具有汽化潜热大，无毒等优越性，所以系统安全可靠。5）用水作为制冷剂制取低温时受到水的凝固点的限制，为了获得更低的蒸发温度，正在研制以用氨、氟利昂为制冷剂的蒸汽喷射式制冷机。另外将蒸汽喷射器与活塞式制冷压缩机、吸收式制冷机等串联，用以作为低压级，也能获得较低的蒸发温度。6）蒸汽喷射器的加工精度要求较高，蒸汽喷射式制冷循环的工作蒸汽消耗量较大，制冷循环效率较低。这一切都限制了蒸汽喷射式制冷的实际应用。4.2.2蒸汽喷射式制冷循环基本组成和工作过程蒸汽喷射式制冷是以高压水蒸汽为工作动力的循环。蒸汽喷射式制冷循环由正向循环和逆向循环共同组成。在循环中锅炉、凝水器（冷凝器）、喷射器、凝水泵组成热动力循环（正向循环）；喷射器、冷凝器、节流器、蒸发器组成制冷循环（逆向循环）。正向循环与逆向循环通过喷射器、冷凝器互相联系。4.2.2.1蒸汽喷射式制冷循环主要热力设备1．锅炉锅炉是蒸汽喷射式制冷循环的动力设备，在正向循环中锅炉消耗热能产生压力为0.198～0.98MP的工作蒸汽，以保证完成循环。在工业制冷中也可利用能保证工作压力的工业余汽，以节约能源。在循环中，锅炉产生的高压水蒸汽通过阀件和分汽缸输送到蒸汽喷射式制冷循环的主喷射器和各个辅助喷射器。2．蒸汽喷射器循环中的蒸汽喷射器分主喷射器和辅助喷射器。主蒸汽喷射器在循环中起到压缩机的作用，即压缩和输送制冷剂的作用。辅助蒸汽喷射器、水喷射器则用以维持制冷装置内各设备真空度，保证制冷系统正常、高效工作。喷射器由喷嘴、吸入室及扩压管三部分组成。主喷射器起到压缩机的作用，它将被引射的蒸汽由P0压缩至Pk的过程是依靠气流速度与压力的相互转化来实现的。由热力学分析可以知道：蒸汽在喷射器内的热力过程包括三个阶段：(1)工作蒸汽的绝热膨胀过程；(2)工作蒸汽与被引射蒸汽的混合过程；(3)混合蒸汽的压缩过程。3．冷凝器在蒸汽喷射式制冷循环中有主冷凝器和辅助冷凝器。主冷凝器既作为动力循环中向正向循环的低温热源放热的设备，也作为制冷循环中向逆向循环的高温热源放热的设备。正向循环的低温热源和逆向循环的高温热源都是环境介质。所以主冷凝器的冷凝负荷和冷凝面积是正向、逆向循环的总冷凝负荷和总冷凝面积。蒸汽喷射式制冷循环的主冷凝器常采用混合式或蒸发式冷凝器。辅助冷凝器是设置在辅助喷射器后，冷凝由辅助喷射器引出的混合气体，分离不凝性气体与制冷剂水蒸汽，以提高循环效率。4．凝结水泵凝结水泵是在正向循环中，将凝结水输送回锅炉的设备。5．蒸发器与节流器在制冷剂和载冷剂合为一体的蒸汽喷射式制冷循环中的蒸发器，一般不采用表面式换热器，而常采用淋洒式(混合式)热交换器，在淋洒式热交换器中蒸发器与节流器组成一体。进入蒸发器的凝结水经喷洒、降压而雾化成细小水滴、经单效或多效淋洒、汽化吸热，将蒸发器内载冷剂水温度降至所需要求，并输送到用冷设备中向低温热源吸热。4.2.2.2蒸汽喷射式制冷循环工作过程蒸汽喷射式制冷机主要由喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵、辅助喷射器等组成。喷射器又由喷嘴、吸入室、扩压器三个部分组成，如图4-6所示。图4-6蒸汽喷射式制冷系统1－喷射器（α－喷嘴b－扩压器c－吸入室）2－冷凝器3－蒸发器4－节流阀5、6－泵喷射器的吸入室c与蒸发器3相连，扩压器b与冷凝器2相连。它的工作过程如下：从锅炉来的高温高压工作蒸汽进入喷射器，在喷嘴α中膨胀，获得很大汽流速度（可达1000m/s以上），从而在喷嘴的出口处造成压力很低的真空（例如，蒸发温度为5℃时，相应的压力为0.87kPa），这就为蒸发器内水在低温下汽化创造了条件。由于水汽化时需从未气化的水中吸收汽化潜热，因而使未汽化的水的温度降低（制冷），这部分低温水便可用于空气调节或其它生产工艺过程。蒸发器3中产生的冷剂蒸汽和工作蒸汽在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器b，在扩压器中由于速度的降低而使压力升高（例如，当冷凝温度为35℃时，其相应的压力为5.63kPa），然后进入冷凝器2，与外部的冷却水交换热量，冷凝成液体。出冷凝器时，凝结水分为两路：一路通过节流阀4降压后进入蒸发器，以补充蒸发掉的水量；另一路通过水泵5返回锅炉，重新加热，产生工作蒸汽。图4-6表示的是一个封闭循环系统。在实际使用过程中，冷凝后的水往往不再进人锅炉和蒸发器，而是排人冷却水池，作为循环冷却水的补充水使用。蒸发器和锅炉的补充水另设水源供给。图4-7为蒸汽喷射式制冷机理论工作过程的温熵（T-s）图。1-2表示工作蒸汽在喷嘴内部的等熵膨胀过程，状态2的工作蒸汽与状态3的冷剂水蒸气混合后，达到状态4，4-5是混合蒸汽在扩压器中的等熵压缩过程，5-6是冷凝器中的等压冷凝过程。然后冷凝水分为两部分：一部分节流后进入蒸发器制冷，用6-7-3过程线表示；另一部分用泵打入锅炉，产生工作蒸汽，用6-9-1过程线表示（忽略了泵耗功所产生的热量）。根据图4-7是可以利用热力学知识对循环进行热力计算的。图4-7蒸汽喷射式制冷机理论工作循环的温－熵图近年来，为了达到特殊的目的（如制取0℃以下的低温），蒸汽喷射式制冷机系统可以采用其它的工质作为制冷剂，如氟利昂等。也可以将喷射式系统用于蒸气压缩式制冷机的低压级，作为增压器使用，以便用单级活塞式制冷压缩机制取更低的温度。蒸汽喷射式制冷机以热能代替机械能或电能，同时具有结构简单、加工方便、没有运动部件（除泵外）、运行安全可靠、使用寿命长等一系列优点，故具有一定的使用价值，可用来制取空调用冷水。但是，由于溴化锂吸收式制冷机的热效率高，对加热蒸汽的品位要求低，因此在空调系统中，蒸汽喷射式制冷机已逐渐被溴化锂吸收式制冷机所取代