蒸汽喷射式制冷

陈大威

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1 I3 w- N9 J# O: M! c6 e4 r 　　蒸气喷射式制冷是靠液体汽化来制冷的。这一点与蒸气压缩式及吸收式制冷完全相同，不同的是怎样从蒸发器中抽取蒸气，并将压力提高。 　　蒸气喷射式制冷系统如图1所示。其组成部件包括：喷射器、冷凝器、蒸发器、截留法、泵。喷射器又由喷嘴、吸入室、扩压器三个部分组成。 图1 蒸汽喷射式制冷系统 　　喷射器的吸入室与蒸发器相连；扩压器于冷凝器相连。工作过程如下：用过录（图中未标出）产生的高温高压工作蒸气。工作蒸气进入喷嘴。膨胀并以高速流动（流速可达1000m/s以上），于是在喷嘴出口处造成很低的压力，这就为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。由于水汽化时需从未汽化的水中吸收潜热，因而使未汽化的水温度降低（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。蒸发器中产生的冷剂水蒸气与工作蒸气在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器；在扩压器中由于流速降低而是压力升高；到冷凝器，被外部冷却水冷却变为液态水。液态水再由冷凝器引出，分两路：一路经过节流阀降压后送回蒸发器，继续蒸发制冷；另一路用泵提高压力送回锅炉，重新加热产生工作蒸气。 　　图2表示的是一个封闭循环系统。实际使用的系统中，冷凝后的水往往不再进入锅炉和蒸发器，而将它排入冷却水池，作为循环冷却水的补充水使用。蒸发器和锅炉则另设水源供给补充水。 　　图3示出蒸气喷射式制冷机理论工作过程的温熵图。图中1-2表示工作蒸气在喷嘴内部的膨胀过程。工作蒸气（状态2）与冷剂水蒸气（状态3）混合后的状态是4。4-5为混合蒸气在扩压器中流动升压的过程。5-6表示冷凝器中气体的凝结过程。凝结终了，状态6的水分为两部分：一部分节流后进入蒸发器制冷，用过程线6-7-3表示；另一部分用泵打入锅炉、产生工作蒸气，用过程线6-9-1表示。 - V ` y; w* c5 {# t( P* V# | 　　参照图3，进行循环热力分析。 　　制冷量　　　　　　　　　 　　　　　　　　（1） 式中 --被引射蒸气的质量流量，kg/s； 　　 --制冷蒸气出蒸发器时的焓值，kg/s； 　　 --冷凝水出冷凝器时的焓值，kg/s。 + b5 h( d: U) v5 b 　　锅炉热负荷 　　　　　　　 　　　　　　　　（2） 式中 --工作蒸气的质量流量，kg/s； 　　 --工作蒸气出锅炉时的焓值，kg/s。 　　冷凝器热负荷 　　　　　　 　　　　　（3） 式中 --混合蒸气进冷凝器时的焓值，kg/s。 　　如果忽略泵消耗功而产生的热量，则整个循环的热平衡为 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　（4） 　　在蒸气喷射是制冷机中用喷射系数u作为评定喷射器性能的参数。它定义为：每公斤工作蒸气所能引射的制冷蒸气的量（kg），即 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　（5） 5 j+ {% t- W( f; e- {% e 　　理论情况下， 喷射系数u的数值由喷射器的热平衡求得： 　　　　　　　　　　　　　　 故 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　 　（6） 实际上，由于流动过程中存在阻力、混合过程中有冲击损失等因素，蒸气喷射式制冷机的实际工作过程与图3所示的理论工作过程由较大区别。 　　蒸气喷射式制冷机除采用水作为工作介质外，还可以用其它制冷剂做工作介质，比如用低沸点的氟里昂制冷剂，可以获得更低的制冷温度。另外，将蒸气喷射式制冷系统中的喷射器于压缩机组合使用，喷射器作为压缩机入口前的增压器，这样可以用单级压缩制冷机制取更低的温度。 　　蒸气喷射式制冷机具有下述特点：一热能为补偿能量形式；结构简单；加工方便；没有运动部件；使用寿命长，故具有一定的使用价值，例如用于制取空调所需的冷水。但这种制冷机所需的工作蒸气的压力高，喷射器的流动损失大，因而效率较低。因此在空调冷水机中采用溴化锂吸收式制冷机比蒸气喷射式制冷机有明显的优势。