第七章喷射式制冷

喷射式制冷系统的高级㶲分析摘要本文采用了常规㶲分析和高级㶲分析对喷射式制冷系统进行了研究，把系统各部件的㶲损进一步分割成内源性部分、外源性部分、不可避免性部分和可避免性部分。

常规㶲分析和高级㶲分析得出了不同的系统优化次序。

常规㶲分析表明喷射器的㶲效率最低，发生器㶲效率最高，系统㶲效率为8.24%；高级㶲分析表明系统39.7%的㶲损是可以避免的，有很大的节能潜力。

关键词喷射制冷；喷射器；高级㶲分析；㶲损0前言当今制冷空调行业中占主流的蒸气压缩式制冷设备耗能巨大，其耗电量占全世界发电量的17%左右[1]，在中国则占全社会电力总负荷的20%以上[2]。

利用太阳能、地热能、工业余热等低品位热能制取冷量，是提高能源的有效利用一个重要途径和实现节能减排的一个重要方法，主要形式有吸附式制冷系统、吸收式制冷系统和喷射式制冷系统。

与前两种已商业化的技术相比，喷射式制冷系统在结构，维护及适用性等方面均更具优势，但是，它的性能系数相对较低，喷射器的合理设计比较困难，严重限制了其推广应用。

为了对喷射式制冷系统进一步深入了解，本文利用热力学第二定律对其进行研究，使用高级㶲分析（advanced exergy analysis）对系统部件的㶲损（exergy destruction）进行分割，揭示系统各部件的相互联系和系统的改善潜力。

1 喷射式制冷系统喷射式制冷系统是以喷射器代替压缩机，以消耗热能作为补偿来实现制冷，主要由发生器、冷凝器、蒸发器、喷射器、节流阀和循环泵等设备组成，其系统和工作过程的温熵图如图1所示。

图1 喷射式制冷系统和温熵图为简化数学模型和理论分析，本文中对系统和部件做了一系列的简化：（1）系统是稳态，忽略换热器和管道中的压力损失和热量损失。

制冷剂为R600，在换热器的出口都是饱和状态，系统的制冷量为10kW；（2）在喷射器中，喷嘴、混合室和扩散室的各种损失分别以喷嘴效率（ηn）、混合效率（ηm）和扩散效率（ηd）来表示，工质泵用等熵效率（ηPU）来表示；（3）载冷剂在发生器的出入口分别是饱和液态水和饱和蒸汽，T7=T8=100°C，在冷凝器和蒸发器中，水为载冷剂，且T9=27°C，T10=32°C，T11=10°C，T12=15°C；（4）在㶲分析中，参考状态为T0=25°C，P0=101.41kPa[3]。

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。

喷射式制冷的发展研究现状喷射式制冷是一种先进的制冷技术，具有高效、节能、环保等优点，被广泛应用于工业、商业和家庭领域。

在面临能源紧缺和环境问题日益严重的背景下，喷射式制冷的研究和发展具有重要意义。

本文将介绍喷射式制冷的概念、发展现状、研究方法、研究结果和结论与展望，以期为相关领域的研究和实践提供参考。

喷射式制冷是一种基于喷射原理的制冷技术，其主要组成部分包括喷嘴、吸入室、混合室和扩压器。

喷射式制冷器利用高压流体通过喷嘴喷出，在吸入室形成低压区，从而吸入室内的气体或液体混合物，然后在混合室进行混合和压缩，最后通过扩压器排出。

在这个过程中，蒸发器中的制冷剂吸收被冷却物体的热量，产生制冷效果。

随着技术的不断发展，喷射式制冷已经在国内外得到了广泛应用。

在市场前景方面，喷射式制冷市场呈现出稳步增长的趋势。

随着消费者对高效、节能、环保等要求的不断提高，喷射式制冷的市场份额也在逐步扩大。

同时，政府对环保和节能的支持也在推动喷射式制冷市场的发展。

在生产工艺和技术应用方面，喷射式制冷的生产工艺和技术已经相当成熟。

目前，国内外众多企业都在从事喷射式制冷设备的生产和销售，并且一些企业已经具备了较强的研发和创新能力。

喷射式制冷技术的应用领域也在不断拓展，除了传统的工业和商业领域，还涉及到新能源、生物医药、航空航天等领域。

本文主要采用文献调研、问卷调查和实地调研相结合的方法，对喷射式制冷的发展现状进行了深入研究。

通过文献调研了解喷射式制冷的基本原理和发展历程，并对现有的研究成果进行梳理和评价。

利用问卷调查收集从事喷射式制冷研发、生产和应用的企业和专家对喷射式制冷的看法和建议，了解该领域的最新动态和前沿技术。

结合实地调研，对喷射式制冷在各领域的应用情况进行深入了解，为研究结果的准确性提供保障。

通过对喷射式制冷的发展现状进行深入研究，本文得出以下市场规模方面：喷射式制冷市场呈现出稳步增长的趋势，市场规模不断扩大。

预计未来几年，随着消费者对高效、节能、环保等要求的不断提高，喷射式制冷的市场份额还将进一步扩大。

喷射式制冷在船舶空调的应用分析船舶消耗掉的热能是很多的。

在营运成本内，燃油费耗费的比值超出了40%。

此外，偏高能耗让移动着的船舶变作了污染源，带来污染疑难。

在上世纪初，蒸汽促动下的喷射制冷体系被创设出来。

它运用了余热、充分利用废热，把回收过来的这类热能看成必备的驱动能。

制冷剂设定为纯水，减小周边污染。

喷射制冷省掉了船体内的运动构件，自带构架简易。

同时，它显出了最优的可靠特性，也缩减了成本。

在经济进展中，能源凸显了紧迫的总倾向，能源消耗递增。

蒸汽喷射架构下的新式制冷创设了绿色特性的低热驱动，正在受到注重。

一.探析制冷机理喷射式特有的冷却系统包含如下部分：喷射器及蒸发器、配套冷凝装置、蒸汽发生必备的分支、循环泵及膨胀阀。

在制冷流程内，发生器喷出了高压的、温度很高的蒸汽，它被当成流体。

经由喷嘴构件，加速流体以便获取超音速特性的新流体。

在喷嘴之处，流体增添了低压；蒸发器引出来的制冷蒸汽可被引射，二者充分融汇。

由此可见，喷射制冷架构内的喷射构件可替换真空泵。

在扩压器之内，流体彼此混同。

喷射制冷架构中的喷射器应被看成传统配件的真空泵。

在扩压器以内，流体再次压缩，初期的超音速被缩减成偏低的亚音速，同时压力提升。

在这时，混合得出来的流体总压力即可超出初始的同一流体，确保稳定增压。

新式装置以内，制冷必备的喷射器等同压缩式范畴内的压缩机。

冷凝器含有混同后的气流，经由膨胀阀被缩减了压力，然后降低温度。

在另一循环中，循环泵抬升了总压力，制冷剂被调回了初始的发生装置，以便完成循环。

二.构建制冷模型对比其他系统，蒸汽喷射表现出来的制冷特性并不优良。

设计喷射器时，应当考量这点。

扩压器选出来的规格有着差异，大概含有两类：截面积等同的模型、压力相等模型。

等截面积的、等压力的模型，都假定了双重类别的流体彼此混同，称为等压混合。

在双重装置间，经常产生激波。

这种架构内，流体变为偏低的音速；再经由扩压器，才会升高压力。

若拟定了同一截面积这样的模型，两类流体可被混同在混合室内。

Air Bubble(激波)热泵：喷射式制冷暖通系统中，传递能量的介质称为"热媒"或"冷媒"。

全部用水做为"热媒"或"冷媒"，并将其从热源或冷源传递到室内采暖或供冷设备，供给室内热负荷/冷负荷的系统称为全水系统。

因何"水"可以吸能、蓄能、输能以及释能而用做暖通的"热媒"或"冷媒"？首先，水的比热容较大，升高相同的温度，水吸收的热量多且性价比高；其次，水的动能和释能；还有，水的分子结构，等等。

微观冰当科学家将碳纳米管浸入含有水的容器中时，发现了几个的水分子可以钻入纳米管中。

当加热碳纳米管时，内部的水分子呈现出反常的物理特性，竟然结冰堵住了纳米管！科学团队利用振动光谱成像技术观察了水分子在内部的运动情况，发现这种"冰"的结构和一般的冰不同，是水分子与碳纳米管之间形成的一种特殊的晶体结构，这里我们也把它称之为冰。

或许我们可以类比成宏观和微观世界微粒的特性，就像物理学中牛顿的经典力学只适用于宏观低速的状态。

它在微观世界就不再适用，而是有另一套物理体系。

水分子的这种神奇特性也让科学家难以解释。

宏观现象&微观理解当下，比较常用的几种制冷形式：压缩式制冷；吸收式制冷；喷射式制冷。

喷射式复合系统：低品质热源喷射式发电制冷复合系统将有机物朗肯循环(ORC)与喷射式制冷循环相结合，利用透平排气驱动喷射器工作。

同时实现发电和制冷的功能。

Air Bubble(激波)热泵，既能"产热"，又可"制冷"。

利用Air Bubble(激波)热泵所产生的蒸汽(0.3MPa)做动力源，经蒸汽喷射制冷机制取7～12℃冷冻水。

工作蒸汽经喷射制冷后，可完全冷凝成水，再循环利用；以水为冷媒进行制冷，不使用任何化学制冷剂，无环境污染；以低压蒸汽为动力，除循环泵外，系统无运转机械部件。