太阳能水蒸气引射冷却的CO₂低温制冷循环

　　1 前言

　　现代科学技术的飞速发展在为人类带来巨大利益的同时，也极大地破坏环境和自然资源，开发新设备与工艺，提高效率、节约能源、保护环境、实现行业的可持续性发展具有重要的现实意义。太阳能清洁、无污染、可再生，替代或部分替代常规能源驱动制冷系统，正日益受到各国的重视，有许多学者进行相关的研究［1～4］。氯氟烃类人工合成制冷工质引起臭氧层破坏和温室效应，已成为日益严峻的全球环境问题，寻找绿色环保制冷工质已成为当前国际社会共同关注的焦点。蒸汽喷射循环系统不直接消耗机械能，结构简单，无转动部件，无磨损，不用润滑油，运行可靠，寿命长，运行费用低，许多学者研究表明了其可行性［5～7］。CO₂( ODP =0，GWP =1) 具有优良的经济性，良好的安全性和化学稳定性; 在低温下粘性小，流动阻力小，能耗低，CO₂制冷系统有很好的发展前景［8～13］。本文提出利用太阳能辅助热源部分替代常规能源，自然工质水和 CO₂为循环工质，利用水蒸汽喷射引射冷却 CO₂高温气体的低温制冷循环，并对其性能进行分析，以开发和推广节约能源、保护环境的 CO₂低温制冷系统，满足食品冷冻冷藏对低温环境空间的需求。

　　2 循环组成

　　太阳能水蒸气喷射引射冷却的 CO₂低温制冷循环( 组合循环) ，由太阳能集热循环、水蒸气喷射制冷循环、CO₂低温制冷循环组成，如图 1 所示。

　　2． 1 太阳能集热循环

　　太阳能集热器、发生器和热水泵组成太阳能集热循环; 在热水泵的驱动下水进入太阳能集热器，吸收太阳能温度升高后，进入发生器完成太阳能集热循环。

　　2． 2 水蒸气喷射制冷循环

　　水蒸气喷射制冷循环如图 2 所示。

　　发生器、喷射器、冷凝器、水泵、水膨胀阀和换热器组成水蒸气喷射制冷循环; 发生器上部的高温高压水蒸气通过喷射器中的喷嘴膨胀并以高速流动，在喷嘴出口处造成很低的压力，因流出速度高、压力低，吸引换热器内吸收 CO₂高温高压气体凝结过程放出的热量，蒸发生成的低压水蒸气，进入喷射器的混合室，混合室中的水蒸气混合后一起进入喷射器位于混合室后的扩压段，在扩压段中流速降低、压力升高后，进入冷凝器放出热量凝结成液体水，冷凝器出口的水一路经水膨胀阀节流降压进入换热器，另一路经水泵驱动进入发生器，完成水蒸气喷射制冷循环。

　　2． 3 CO₂低温制冷循环

　　换热器、CO₂制冷压缩机、蒸发器、CO₂膨胀阀组成 CO₂低温制冷循环; 从制冷压缩机出来的CO₂气体，在换热器中与管外的冷水进行热交换，放出热量冷却凝结成 CO₂液体，经 CO₂膨胀阀节流降压后，进入蒸发器中，吸热蒸发产生的 CO₂气体回到制冷压缩机，完成 CO₂低温制冷循环，为低温用冷空间提供冷源。CO₂低温制冷循环如图 3 所示。