喷射式制冷系统研究最新进展

    1 简介

    高压气流从喷嘴高速喷出,引射喷嘴周围的低压气体,两股气流在混合室和扩压器内混合、增压,在消耗了一定高压工作气体的条件下,提高了从吸入口进入喷射器的低压气体压力,这个设备称为喷射器。喷射器的应用已经有了一个世纪的历史。由于喷射器简单、实用,发明后在工业上广泛应用于制造和保持真空、低压蒸汽再利用以及制冷领域。开始阶段,工作介质主要是水蒸汽。效率低下以及系统体积臃肿成为水蒸汽喷射式制冷系统的主要问题。

    由于喷射器可以利用低品位热源,例如太阳能和废热,人们依然投注了许多热情进行系统效率的提高和喷射器设计的研究。其它制冷剂的应用,例如氟利昂,以及混合系统的设计大大提高了系统效率,从而更加促进了喷射式制冷系统的发展。

    喷射式制冷系统的主要优点在于:

    (1)喷射器没有运动部件、结构简单、运行可靠;

    (2)作为蒸气压缩机,喷射器利用低品位热源驱动,从而系统电能消耗少;再利用了废热/余热和太阳能;

    (3)可以利用水等环境友好介质作为系统制冷剂;

    (4)喷射器结构简单,可以与其它系统构成混合系统,从而提高效率而不增加系统复杂程度。

    制冷系数COP通常被用来比较制冷系统的性能,然而简单地比较喷射式制冷系统消耗的低品位热能和机械压缩式制冷系统消耗的电能并没有实际意义。因此,本文中引用的COP数值仅作为参考。

    2 喷射式制冷循环

    图1所示为太阳能喷射式制冷系统示意图。

    在发生器(2)中,液态制冷剂吸热、沸腾,产生的高温、高压蒸气进入喷射器(4)并从喷嘴高速喷出。膨胀过程产生真空、引射蒸发器(3)中产生的闪蒸气体,两股气流在混合室混合、增压后进入冷凝器(5)。在冷凝器中放热、并冷凝为液体,液态冷凝液分为两个部分:一部分经过节流阀(6)减压后进入到蒸发器(3),另一部分经过循环泵(1)加压后回到发生器。

    从上面叙述可知喷射制冷循环分为两个子循环:驱动子循环和制冷子循环。在驱动子循环中,制冷剂流经发生器(2)、喷射器(4)、冷凝器(5)和循环泵(1),产生工作蒸气驱动压缩过程。在制冷子循环中,制冷剂流经蒸发器(3)、喷射器(4)、冷凝器(5)和节流阀(6),完成制冷循环。

    在喷射式制冷系统中,循环泵是唯一的带有运动部件的设备,需要消耗电能或者机械能。因此喷射式制冷系统可靠性高,电能消耗小。

    3 喷射制冷系统研究进展

    3.1 喷射式制冷系统的研究现状

    喷射式空调系统最初应用水作为制冷剂,这种系统最早可以追溯到20世纪初[2]。尽管这种制冷系统结构简单、安装方便、维护费用低、工作稳定,然而由于水不能进行低于冰点制冷,而且这种系统的效率很低,水蒸汽比容很大导致设备体积庞大;因此尽管不断有人[3,4]提出改进水蒸汽喷射式制冷系统的方法,但是随着体积紧凑、效率更高的机械压缩系统的出现,水蒸汽喷射式空调系统在被工业应用了一段时间后基本退出了历史舞台。