蒸汽喷射制冷的现状及发展趋势

    1 蒸汽喷射制冷原理

    工作蒸汽从喷嘴高速喷出,在喷嘴出口处形成低压区,抽吸蒸发器中的制冷剂,2种气体在喷射器混合室中混合,压力达到平衡,进入扩压室后压力进一步增大,提 高吸入蒸汽的压力。混合蒸汽进入冷凝器中放热,冷凝为液体,液态制冷剂分为2个部分:一部分经过节流阀减压后进入蒸发器;另一部分通过循环水泵进入发生器 加热来完成下一次循环(图1)。最早的蒸汽喷射式制冷系统可以追溯到1901年,是由德国的Le.Blance和英国的Parson设计。由于其具有结构 简单,操作方便,可靠性高等优势,因此在工业上得到广泛应用。但是由于其制冷效率低、体积庞大而逐渐被后来的压缩制冷机所取代。今天,随着能源的日益紧张 和环境的严重污染,提高能源的利用率和保护环境已经变得越来越重要。蒸汽喷射制冷可以利用废热、太阳能等低温热源,因此人们对利用蒸汽喷射制冷技术的研究 又掀起了高潮。笔者针对蒸汽喷射制冷的国内外研究应用现状和未来发展的趋势进行评述。

    2 国外发展现状

    2.1 蒸汽喷射制冷的理论研究

    20世纪70年代,Munday John T.等[1]阐述了蒸汽喷射制冷原理,预测了蒸汽喷射制冷的制冷系数。

    20世纪80~90年代,许多学者对蒸汽喷射制冷进行了研究。Decker Louis O.[2]和Arnold H.G.[3]就蒸汽喷射制冷系统给予描述,将蒸汽喷射制冷和传统压缩制冷进行比较,蒸汽喷射制冷具有可靠性高,没有移动部件,安装维修费用低等优势,预 测利用余热驱动的蒸汽喷射制冷有很大的发展前景。

    Tyagi K.P.和S.A.SHERIF[4-5]等人对蒸汽喷射制冷的可行性进行了分析,并对蒸汽喷射制冷的经济效益也进行了阐述。依据热力学理论对蒸汽喷射器进行研究,最后通过试验得到影响喷射系数的因数。

    Satha. Aphornratana[6]对锅炉温度从120℃到140℃,蒸发器温度从5e到10℃,喷嘴距混合室入口位置11 mm和26 mm的2种情况进行试验。根据试验结果绘制制冷系数随冷凝器压力变化曲线,讨论各个工作点的运行情况。通过试验方法得到影响制冷效率的因素包括喷射器出口 的压力和温度、蒸发器的压力和温度、工作蒸汽的压力和温度。同时指出,单一的改变某一个参数不能使蒸汽喷射器进入最佳工作状态,可通过改变蒸汽喷射器喷嘴 的位置提高制冷系数。

    Da-Wen Sun[7-8]指出背压是影响喷射器制冷效率的因素。当工作蒸汽和蒸发器温度一定时,背压高于某一值时,喷射系数会急剧下降,甚至会降到零。根据试验结 果,①当背压和蒸发器的温度一定时,工作蒸汽存在一个最佳的温度,可使喷射系数最高。②当背压和工作蒸汽温度一定时,喷射系数随蒸发器的温度升高而增大。 ③喷射系数和喷嘴的位置密切相关,当工作条件发生变化时,对于固定喷嘴的喷射器很难保证最佳的制冷效率,但是通过调整喷嘴出口截面到混合室的距离可以获得 最大制冷系数。