第三讲 喷射式制冷
太阳能喷射式制冷系统研究课件
2018/10/27
2系统的基本构成及原理
太阳能喷射 式制冷系统由太 阳能集热器、发 生器、循环泵、 蒸汽喷射器、蒸 发器、冷凝器及 膨胀阀组成,分为 太阳能集热系统 和喷射制冷循环 系统两大部分,如 图所示。 2018/10/27
3研究进展及研究动向
制冷工质的研究 新型喷射器的研究进展 太阳能喷射式制冷系统系能影响因素探究
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4.3.2蓄冷水箱
传统的制冷系统的储能装置除了将从太阳吸收来 的热量储存在储热水装置中,在夜间将储存的热水通 过喷射制冷机产生冷量,以供空调所用，还可以在太 阳辐射较强的时候利用制冷机产生多余的冷量,通过 储冷水箱将冷量储存起来,这样在需要的时候,直接以 冷冻水供空调,其效果相当于节省了中央空调的耗能 。
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3.3系统性能影响因素
冷凝温度变化对喷射器的抽吸率及系统 COP值的影响最大,其次是发生温度,而蒸发 温度对其影响相对最小。
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4系统性能提高方法
设置增压器 带回热的两级喷射系统 全天候工作的改进
蓄热水箱 蓄冷水箱 辅助加热系统
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4.1增压器
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3.1制冷工质的研究
一开始大多使用氟里昂制冷剂，如R11、 R12等对环境有害的制冷剂； 随着环保意识的增强，R124b、R123、 R134a、R245af、水等绿色环保的制冷剂成 为了研究的焦点； 利用太阳能驱动喷射制冷系统、发生温度为 80℃左右时,采用R134a为工质可以使系统的 COP最高。
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4.3.1蓄热水箱
蓄热水箱是为了保证系统运行的稳定性,使制冷机 的进口热水温度不受太阳辐照度瞬时变化的直接影响 。从太阳能集热器出来的热水不能直接进入制冷机,而 是首先进入蓄热水箱,再由蓄热水箱向制冷机供热。同 时,根据太阳辐照度在一天内变化的特点,蓄热水箱还可 以把太阳辐射能高峰时暂时用不了的能量以热水的形 式储存起来以备后用。
风冷太阳能双级水喷射制冷空调系统性能分析
风冷太阳能双级水喷射制冷空调系统性能分析随着全球气候变化和运行代价上升，节能减排的问题变得越来越重要。
因此，太阳能成为了越来越受关注的绿色能源。
此外，由于传统的空调系统不仅能够产生大量温室气体，而且也是最基本的耗能设备之一，因此研究更加环保且高效的空调系统是非常必要的。
本文将介绍一种基于风冷太阳能双级水喷射制冷的新型空调系统。
首先，本文将解释该系统的原理和组成部分。
然后，我们将探讨它的性能和优点，并对它的一些应用场景进行探究。
1. 系统结构和工作原理风冷太阳能双级水喷射制冷空调系统由以下主要组成部分组成：太阳能集热板、循环水泵、水箱、蒸发（冷却）器、压缩机、冷凝器、节流阀、电子膨胀阀和控制系统。
系统的工作原理如下：在太阳能集热板下方的吸附剂表面形成薄膜，当吸附剂表面从太阳能集热器中吸收到高温热量时，水会被蒸发并吸收热量。
一旦吸附剂表面达到饱和状态，压缩机将提取压缩剂并将压缩剂输送到冷凝器中。
压缩剂在冷凝器中被冷却并在凝结器中形成高压态，再通过电子膨胀阀流向蒸发器中降低压力而变成低压态。
低压态的压缩剂再次流回吸附剂表面的蒸发器继续吸收热量，以此为循环不断产生制冷效果。
这样构成的系统不仅可以发挥太阳能集热器的优惠，而且还可以最大程度地节约电费并减少环境负担，从而达到节能减排的目的。
2. 系统性能和优点a. 高效太阳能集热板和水泵的使用使得能源消耗的最低化而达到节约的目的，同时，这个系统具有很高的散热能力并能够有效地进行冷却操作。
因此，它的制冷效率比传统空调系统要高得多。
b. 环保既然这个系统采用了太阳能为能量源供应，并且没有氟里昂等有害物质排放，所以这个系统对环境保护是有显著贡献的。
c. 节能太阳能源、高效能轮机和节流阀一起，使得这个系统节省了很多电费，同时也有很低的要求（或不能）对传统空调系统进行修改的使用环境。
d. 养护简单风冷太阳能双级水喷射制冷空调系统的维护和养护工作非常简单。
由于不需要氟里昂等化学制剂，所以不需要太多的维护和修复。
太阳能喷射制冷系统冷凝器结构优化
太阳能喷射制冷系统冷凝器结构优化随着环保意识的不断提高，太阳能发电作为一种清洁、可再生的能源，得到越来越广泛的应用。
然而，太阳能发电系统中的制冷系统对环境的影响也不容忽视。
因此，在太阳能系统中使用喷射制冷技术，成为了降低能耗、减少环境污染的重要方法。
在喷射制冷系统中，冷凝器是一个重要的组成部分，其结构优化可以进一步提高制冷性能和降低成本。
一、太阳能喷射制冷系统基本原理喷射制冷技术是一种新型的制冷方式，它通过不同介质之间的混合来实现制冷功能。
太阳能喷射制冷系统利用太阳能电池板发电，将电能转化为机械能。
当机械能传导至喷射器时，从蒸发器中的低温介质与喷射器中的高温介质相混合，产生一种动量传递作用，使得混合后的介质在扩散管中急速扩散，并在蒸发器中产生低温部分与高温部分的混合。
因高温介质分子速度更快，达到蒸发器中后，能迅速和低温介质相碰撞，使低温介质温度进一步下降，从而达到制冷效果。
整个系统可以分为三个部分：压缩机、喷射器和蒸发器。
其中，喷射器是整个系统中的关键部分，其性能对整个系统的制冷效率和能源消耗都有着决定性的影响。
二、太阳能喷射制冷系统中冷凝器的意义与结构优化冷凝器是喷射式制冷系统中能量转移的重要装置，冷凝器的工作状态不仅影响整个制冷系统的效率，而且会直接影响到制冷系统的成本和能耗。
在喷射制冷系统中，制冷介质的循环是通过冷凝器完成的。
通过对冷凝器结构的优化，可以提高冷凝器的制冷效率和使用寿命，降低系统的运行成本和使用维护费用。
为了提高冷凝器的制冷效率，在设计中要充分考虑几个因素。
首先，要保证冷凝器的导热性能。
太阳能喷射制冷系统是典型的光热转换系统，它需要充分利用太阳光的能量完成制冷工作。
因此，冷凝器需要具备优异的导热性能，以充分利用太阳能的光热特性，将冷凝器中的热量传递给太阳能电池板并进行光热转换。
其次，要保证冷凝器的湿度控制能力。
在喷射制冷系统中，传热效率受到环境湿度的影响较大，因此，在冷凝器的设计中，需要充分考虑湿度控制。
蒸汽喷射式制冷
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。
有关制冷的方式
3．喷射式制冷：原理：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优缺点：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。
4. 溴化锂吸附式制冷：系统组成：热源（燃烧器），高，低温发生器，高，低交，蒸发器，吸收器，冷却塔，泵组。
原理：溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂，制取0℃以上的低温水。
冷水在蒸发器内被来自冷凝器减压节流后的低温冷剂水冷却，冷剂水自身吸收冷水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入吸收器内，被浓溶液吸收，浓溶液变成稀溶液。
吸收器里的稀溶液，由溶液泵送往热交换器、热回收器后温度升高，最后进入再生器，在再生器中稀溶液被加热，成为最终浓溶液。
浓溶液流经热交换器，温度被降低，进入吸收器，滴淋在冷却水管上，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，成为稀溶液。
另一方面，在再生器内，外部高温水加热溴化锂溶液后产生的水蒸汽，进入冷凝器被冷却，经减压节流，变成低温冷剂水，进入蒸发器，滴淋在冷水管上，冷却进入蒸发器的冷水。
该系统由两组再生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、热交换器、溶液泵及热回收器组成，并且依靠热源水、冷水的串联将这两组系统有机地结合在一起，通过对高温侧、低温侧溶液循环量和制冷量的最佳分配，实现温度、压力、浓度等参数在两个循环之间的优化配置，并且最大限度的利用热源水的热量，使热水温度可降到66℃。
喷射式制冷
第三节 喷射式制冷循环
喷射制冷的工作原理 喷射式制冷的工作过程 喷射式制冷循环 喷射式制冷的应用
简介
蒸气喷射式制冷－1910年出现了蒸汽喷 射式制冷机 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。
蒸气喷射式制冷循环
3-5-6-7:用泵打入锅炉中加热
G0
正向循环：7－8－2’－2－3 －5－6－7 逆向循环：1-2’-2-3-4-1
图2-168 蒸气喷射式制冷循环的温熵图 蒸气喷射式制冷机的工作过程也可以表示在温熵 图上。如图2-168所示。图中实线表示理想循环，虚线 表示实际过程。
循环过程
工作蒸汽的正向循环7－8－2’－2－3－5－6－7。它由六 个过程组成：蒸汽在喷管中绝热膨胀产生高速的过程7－ 8 ；蒸汽在混合室中混合吸热过程8－2’，扩压管中增 压过程2’－2，冷凝器中定压放热过程2-3，泵中加压过 程3-5，蒸汽在锅炉中的定压加热汽化的过程5－6－7。 正向循环中蒸汽对外作功。 逆向制冷循环1-2’-2-3-4-1 ，包括五个过程：混合室中 混合放热过程1－2’ ，扩压管中增压过程2’-2，冷凝 器中放热过程2－3，蒸汽经节流阀绝热节流降温的过程 3-4，制冷剂在蒸发器内吸热汽化过程4－1。 正向循环中蒸汽对外所做的功正好用于逆向循环中蒸气的 压缩。按正向循环工作的喷射器起着压缩机的作用。
现在可根据图2-168进行理论循环的热力计算。
制冷量
Q0 Go (h1 h4 ) Q1 G1 (h7 h5 )
(2-177)
式中 G0 ——被引射制冷蒸气的流量 锅炉的供热量 (2-178)
式中 G1 ——工作蒸气流量 冷凝器放热量 Qk (G1 G0 )(h2 h3 ) (2-179) 泵所消耗的功折合成热量
喷射式制冷的发展研究现状
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。
2.6喷射式制冷和热电制冷
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两种效应的应用
热电测温计: 在热电效应中,热节点与冷节点间的温差越大,环 路中的电流越大.若保持冷接点的温度为零( 路中的电流越大.若保持冷接点的温度为零(如将 冷接点置于0 的冰水混合物中) 冷接点置于0℃的冰水混合物中),则电偶对中产 生的电流大小,就仅由热节点的温度t 生的电流大小,就仅由热节点的温度t决定.如图 2—6—2所示.在电偶对环路中接入一电流计,此 电流计的指示,就可反映热节点所处位置的温度. 这就是工程上热工测量常用的 .热电偶温度计的 测温原理.
热电偶
金属彼此之间的帕尔贴效 应很微弱,不具备实际应 用价值,而半导体材料的 内部结构特点决定了它产 生的温差电现象比金属显 著的多,所以热电制冷都 使用半导体材料,因此也 被称为半导体制冷. 热电制冷的基本元件是用 半导体材料做成的热电偶 半导体材料做成的热电偶. 热电偶.
单级热电堆
一个热电偶产生 的制冷量约为 1.163W,显然数 1.163W,显然数 值很小,为了获 得较大的制冷量, 一般将很多个热 电偶串联组成单 级热电堆.
图中,p 图中,p1,c1 是工作蒸汽进 入喷射器前的 压力和流速; p0,c0是被引 射蒸气进入混 合室前的压力 和流速;p 和流速;p3, c2,c3是混合 时蒸汽压力和 流速;p 流速;p4,c4 是扩压管后混 合蒸汽压力.
3.冷凝器 3.冷凝器 在蒸汽喷射式制冷循环中有主冷凝器和辅助 冷凝器.主冷凝器既作为动力循环中向正向循环 低温热源放热的设备,也作为制冷循环中向逆向 循环高温热源放热的设备.循环的低温热源和逆 向循环的高温热源都是环境介质.所以主冷凝器 的冷凝负荷和冷凝面积是正向,逆向循环的总冷 凝负荷和总冷凝面积.蒸汽喷射式制冷循环的主 冷凝器采用混合式或蒸发式冷凝器.辅助冷凝器 是设置在辅助冷凝器后,冷凝由辅助冷凝器引出 的混合气体,分离不凝性气体和制冷剂水蒸汽, 以提高循环效率.
太阳能喷射式制冷系统研究
研究不足与展望
目前太阳能喷射式制冷系统的 效率还不够高，需要进一步研 究和优化，以提高其性能和稳
定性。
系统的运行受到天气和季节的 影响，需要研究如何实现储能 和热能回收，以实现系统的稳
定运行。
需要进一步研究系统的可靠性 和寿命，以及如何降低制造成 本和提高经济效益等问题。
未来研究方向包括优化系统设 计、提高性能和稳定性、降低 成本等方面，以实现太阳能喷 射式制冷系统的广泛应用和推 广。
制冷循环
通过喷射器的循环工作，实现制冷循环并降低温度。
03
太阳能喷射式制冷系统设计
系统结构设计
系统组成
太阳能喷射式制冷系统主要由集热器、蒸发器、冷凝器、压缩机和喷射器等部件组成。
工作原理
利用太阳能集热器加热工质，使其在蒸发器中蒸发，产生的蒸汽被压缩机压缩后送至冷 凝器冷凝，冷凝水在重力作用下流经喷射器，将蒸发器中的低压蒸汽吸入并混合，通过 喷射器的喷嘴高速喷出，利用蒸汽的动能将蒸发器中的热量带走，从而达到制冷效果。
02
太阳能喷射式制冷系统原理
太阳能收集原理
01
02
03
太阳能收集器
利用太阳能集热器吸收太 阳辐射能，并将其转化为 热能。
热能储存
将收集到的热能储存起来， 以备后续使用。
高效吸收
采用高效吸收涂层和优化 设计，提高太阳能吸收效 率。
热力学原理
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热能转换
利用热力学第二定律，将热能转换为机械能或电 能。
根据系统的运行特性和要求，制定相应的控制策略，如温度控制、 压力控制等。
算法设计
根据控制策略，设计相应的控制算法，如PID控制算法、模糊控 制算法等。
控制系统实现
将控制算法嵌入到系统中，实现系统的自动控制和调节。
比较常用的几种制冷的方法
比较常用的几种制冷的方法1.1 液体汽化制冷液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。
在一定压力下液体汽化时，需要吸收热量，该热量称为液体的汽化潜热。
液体所吸收的热量来自被冷却对象，使被冷却对象温度降低，或者使它维持低于环境温度的某一温度。
为了使上述过程得以连续进行，必须不断地将蒸气从容器（蒸发器）中抽走，再不断地将液体补充进去。
由此可见，液体汽化制冷循环由液体工质低压下汽化、工质气体升压、高压气体液化、高压液体降压四个基本过程组成。
压缩式、吸收式、喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。
1.1.1 压缩式制冷压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。
工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸气被压缩机吸人，压缩机消耗能量（通常是电能），将低压蒸气压缩到需要的高压后排出。
压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器内被常温冷却介质(水或空气)冷却，凝结成高压液体。
高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。
1.1.2 吸收式制冷吸收式制冷是以热能为动力、利用溶液吸收和发生制冷剂蒸气的特性来完成循环的。
吸收式制冷系统的主要部件设该系统使用氨-水溶液为工作物质，则吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。
溶液吸收氨蒸气的过程是放热过程。
因此，必须对吸收器进行冷却，否则随着温度的升高，吸收器将丧失吸收能力。
吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力后送入发生器。
在发生器中，浓溶液被加热至沸腾。
产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后进入冷凝器。
在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。
为了保持发生器和吸收器之间的压力差，在两者的连接管道上安装了节流阀5。
在这一系统中，水为吸收剂，氨为吸收剂。
吸收式制冷的另外一种常见类型是以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机，用于生产冷水，可供集中式空气调节使用，或者提供生产工艺需要的冷却用水。
喷射制冷技术结构方法及应用
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。
蒸汽喷射式制冷的原理图
五、制冷的分类
按照制冷所得到得低温范围，制冷技术划分为以下四个领域 普通制冷 120K以上 深度制冷 120K~20K 低温制冷 20K~0.3K 超低温制冷 0.3K以下 本课程主要讲的是普通制冷。
六、本课程的主要内容
1、研究获得低温的方法和有关机理以及与此相关的制冷循环，并
3、研究实现制冷循环所需要的各种机械和技术设备，包括他们的 工作原理、结构分析、性能分析，以及制冷装置的流程、系统 配套设计。
半导体制冷原理
因为帕尔贴效应和西伯克效应产生的强烈程度取决于这两种材料 的导热性和导电性，纯金属材料的导热性和导电性都好，所以 其帕尔贴效应和西伯克效应都很弱，而半导体材料可以产生强 烈的帕尔贴效应和西伯克效应。 空穴型（P型） 材料： 电子型（N型）
涡流管制冷
工作原理：涡流管制冷与蒸汽压缩式制冷，吸收式制冷的制冷
特点：（1）由于管内气流之间之间的传导 和对流情况复杂，故对冷、热端温度值得 定量地理论计算困难； （2）效率较低，气流噪音大 （3）结构简单、维护方便、启动快、使 用灵活。适用于有高压气源或可以廉价获得 高压气体的场合
气体膨胀制冷
原理：气体膨胀，温度降低来实现制冷 系统组成：主要由制冷换热器、压缩机、冷却器以及膨胀机四部 分组成 工作过程：等压吸热、等熵压缩、等压放热、等熵膨胀四个过程 组成。 制冷工质：空气、二氧化碳、氮气等 多用于飞机空调（制冷剂为空气）
用锅炉产生高温高压的工作蒸汽将其送入喷嘴膨胀并以高速流动流速可达1000ms以上于是在喷嘴出口处造成很低的压力由于吸入室和蒸发器相连所以蒸发器中的压力也会很低低温低压的部分水吸热汽化将未汽化的水温度降低这部分低温水用来制冷蒸发器中产生的制冷剂水蒸气和工作蒸汽在喷嘴出口处混合一起进入冷凝器被外部的冷却水冷却而变成液态水这些冷凝水再经冷凝器流出分两路一路经节流降压后进蒸发器继续蒸发制冷另一路经泵升压后回锅炉重新生产工作蒸汽特点
7.蒸汽喷射式制冷
却水冷能成液体。一部分凝结水通过循环泵提高压力后送回蒸汽
加热器加热汽化，用作高温高压工作蒸汽开始下一个循环；在蒸 发器中的被冷却介质因失去热量而温度下降，产生制冷效应。另 一部分凝结水经节流阀降压后进入蒸发器，在蒸发器内吸收冷水 的热量汽化为低压水蒸气后又被喷射器中的低压高速气流抽走。 蒸发器中的冷水因失去热量而温度下降，被送入空调系统作为冷 源使用。
可见，蒸汽喷射式制冷循环是由两个循环组成的： 一个是工作蒸汽所完成的动力循环1-10-6-8-9-1；另
一个是制冷剂所完成的制冷循环4-5-6-7-4。在理论循
环中，动力循环所产生的功，正好补偿了制冷循环所消 耗的功。而且工作蒸汽与制冷剂是同一种物质。
循环的总制冷量Q0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Q0 G0 (h3 h6 )
7.1.2.蒸汽喷射式制冷理论循环及热力计算
1-2：工作蒸汽在喷管中的等熵膨胀 过程； 2-4和3-4：等压混合过程； 4-5：混合蒸汽在扩压室中等熵压缩 过程； 5-6：混合蒸汽在冷凝器中的冷凝过 程； 6-7-3：一部分凝结水经节流阀节流 降压后进入蒸发器汽化制冷； 6-8-9-1：另一部分凝结水用循环泵 送入蒸气加热器，重新加热成 高温、高压工作蒸汽。
度，完全不消耗电能，为大、中巴汽车夏季空调、冬季供暖
提供舒适的车内环境，同时具有绿色环保的特点。
第七章 习 题
简答题：
1.蒸汽喷射式制冷的原理是什么？它主要有哪些设备组成？
2.何为引射系数？何为循环倍率？
3.蒸汽喷射式制冷装置主喷射器中的混合蒸汽为什么不能直接排入 大气？
4.目前可用作蒸汽喷射式制冷的工质有哪些？
冷凝器的热负荷Qk
Qk (G1 G0 )(h5 h6 )
喷射制冷系统讲解
喷射-压缩复叠制冷循环
利用喷射器回收膨胀功的复合制冷循环
喷射-吸收复合制冷循环
喷射-吸附复合制冷系统
无泵喷射式制冷循环 – 利用高度（离心力）回液
无泵喷射式制冷循环 –利用阀切换回液
双热源两级喷射式制冷系统
单热源两级制冷系统
喷射器实际加工图
喷射器实际加工图
喷射器实际加工图
喷射器实际加工图
喷射式制冷系统 2017年8月
喷射器结构
喷射器主要由喷嘴、接受室、混合室及作原理
喷射器的工作过程可以分为三部分：
1. 工作流体在喷嘴内的热膨胀过程； 2. 工作流体和引射流体的混合过程； 3. 混合流体的压缩过程。
喷射式制冷系统 – 热驱动制冷
优点： 1. 设备体积小，结构简单， 运行可靠
喷射器实际加工图
2. 可以利用水等环境友好的
介质作为工质
缺点： 1. COP较低 2.现成产品较少
喷射式制冷循环的工质
1. 所选工质需要有较大的汽化潜热来减少工质的循环量 2. 所选工质需要沸点较高使系统在合适的压力下运行，避免 系统中采用高压容器，同时也可减少系统运行时消耗的泵功 3. 所选工质需要有较好流动性，以及传热、导热性能 4. 需采用环境友好的制冷剂，需要有较低的ODP与GWP值 5. 所选工质必须化学性质稳定、无毒、不可燃、无腐蚀性；
蒸气喷射式制冷
蒸汽喷射制冷T－s图
T
热利用系数
Q2 Q
1 10
8
7
4
9
2
6
s
蒸汽喷射制冷T－s图
• 图3为蒸汽喷射式制冷机理论工 作过程的温熵（T-s）图。1-2 表示工作蒸汽在喷嘴内部的等 熵膨胀过程，状态2的工作蒸汽 与状态3的冷剂水蒸气混合后， 达到状态4， 4-5是混合蒸汽在 扩压器中的等熵压缩过程，5-6 是冷凝器中的等压冷凝过程。 然后冷凝水分为两部分：一部 分节流后进入蒸发器制冷，用 6-7-3过程线表示；另一部分用 泵打入锅炉，产生工作蒸汽， 用6-9-1过程线表示（忽略了泵 耗功所产生的热量）
—制冷机的改进
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1)Yuan2Jen Chang 和Yau2Ming Chen[18 ]为了提 高制冷效率,获得较大的喷射系数,采用了新式喷 嘴———花瓣型喷嘴。Ian. W. Eames[19 ] 提出了一 种新的仿真方法———CFD 方法,通过该方法可以 更好地分析蒸汽的混合过程,为设计喷射器提供一 个新的思路。 Ian W. Eames[20 ]等对传统喷射制冷效率进行 分析,造成喷射制冷效率低的原因是工作蒸汽和引 射蒸汽混合过程中的窒息现象,它引起了能量的很 大损失。他们提出了一个新的方法—CRMC(con2 stant rate of momentum change ) ,采用两级喷射减 小窒息现象,提高了喷射制冷效率。 G. K. Alexis 和J . S. Kat sanis[21 ]选用甲醇作 为制冷剂,通过试验测出影响蒸汽喷射制冷的因 素:包括发生器的温度、冷凝器的温度和蒸发器的 温度。实验条件为: 发生器温度为117. 5 ～ 132. 5 ℃,冷凝器温度42～50 ℃,蒸发器温度- 10 ～ - 5 ℃,测得制冷系数在0. 139～0. 467 之间变 化,在应用蒸汽喷射制冷实现低温制冷方面取得了 突破。 • • • • • • • • • 2)陈华[32 ]等在分析影响喷射制冷效率的主要因 素的基础上对蒸汽喷射制冷循环加以改进,在喷射 器和冷凝器之间增加一个射流泵,用来引射从喷射 器喷出的混合蒸汽,增加的射流泵可以降低背压, 提高了制冷效率。 张博[33 ] 在Passakorn Srisastra 和Satha Aphorn2 ratana 的基础上对蒸汽喷射制冷循环进行改进,提出 了气2液喷射器代替循环泵的双喷射式制冷系统,减 小了制冷系统的体积,取得了很好的效果
喷射式制冷在船舶空调中的应用
喷射式制冷在船舶空调中的应用摘要】喷射式特有的蒸汽制冷用于船舶空调。
它替换了惯用的制冷剂，充分运用余热。
船舶排出来的冗余烟气、各类的冷却水，都含有这样的可用余热。
喷射式制冷吸纳了这类热能，用于调节空调。
随着经济进展，能源显出了紧缺的态势。
喷射制冷选取了低品位这样的热能予以驱动，归属绿色技术。
为此，有必要探析它的可行特性，摸索真实应用。
关键词】喷射式制冷；船舶空调；具体应用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。
.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。
.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。
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喷射式制冷
喉管内激波前后马赫数之间的关系式
(7)
激波前后压力比可通过动量守恒方程导出 (8) 通过上述对蒸汽喷射泵内工作过程的具体描述和分析, 可知P2 = P3 = P4。上式 就是在这个前提下得到的。
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扩压管内的压力升高比为 (9)
Pc。
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数学模型
( 1) 将蒸汽喷射泵内流动的工质当作理想气体处理。 ( 2) 工质在蒸汽喷射泵内的流动是一维稳态绝热流动, 工作 蒸汽在工作喷嘴内的流动是一个等熵膨胀过程, 工作蒸汽与被 抽吸气体的混合物在扩压管内的流动是一个等熵压缩过程。 ( 3) 工作蒸汽与被抽吸气体在混合室内开始混合。 ( 4) 工作蒸汽与被抽吸气体具有相同的比重和热比容。 ( 5) 工作蒸汽和被抽吸气体都处于饱和状态, 且它们在进入 蒸汽喷射泵时的速度可忽略不计, 混合物从扩压管排出时的速 度可忽略不计。
些工艺过程需要的冷媒水。
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喷射式制冷
蒸汽喷射式制冷循环工作原理如图6．5所示。
蒸汽喷射式制冷循环基本工作过程是：锅炉A提供的高 温高压水蒸汽称为工作蒸汽。工作蒸汽被输送至蒸汽喷射器 (主喷射器)，在喷嘴B中绝热膨胀并迅速降压而获得很大的 流速(1000m／s以上)；在蒸发器E中由于制取冷量Q0而汽化 的水蒸汽被引入喷射器的混合室C中，与绝热膨胀后的高速 工作蒸汽混合，一同进入扩压管D。混合蒸汽在扩压管中将 速度能转变为压力能二被压缩到相应的冷凝压力pk然后进入 冷凝器H向环境介质放出热量Qk。由冷凝器引出的凝结水分 为两路，一路经节流器I节流降压至蒸发压力p0后在蒸发器E 中汽化吸热，另一路经凝水泵F送回锅炉继续加热循环。
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喷射式制冷
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段。较高压力的工作蒸汽在工作喷嘴入口p点处以低于声速 的气流速度进入蒸汽喷射泵的工作喷嘴。在工作喷嘴的渐缩 段流动时, 其压力不断减小, 速度不断增加。在工作喷嘴的 喉部( 最小截面处, 1 点) , 气流速度达到音速, 即马赫数
等于1。工作蒸汽在进入工作喷嘴的渐扩段后,压力进一步下
降, 气流速度进一步增加, 达到超音速状态, 在工作喷嘴出 口截面处, 工作蒸汽的气流速度可达900~ 1200m / s 。
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混合阶段 2点截面到3点截面为工作蒸汽与被抽吸气体的混合阶段。工作蒸汽在工作喷嘴 出口截面处所形成的高速气流会在工作喷嘴出口附近形成低压区域 , 压力相对 较高的被抽吸气体就会在压力差的作用下, 被吸入到混合室。被抽吸气体在e 点被吸入抽气器, 从e点流动到3点的过程中, 速度不断增加, 压力在e点到2 点段不断下降到工作蒸汽在工作喷嘴出口截面处( 2点) 的压力。此后在混合 室段和喉管前段( 2到4) 混合物的压力就一直保持恒定值, 即P2 = Ps = P3 = P4。在混合室的前段( 2到 s), 工作蒸汽与被抽吸气体开始混合。在高速工作 蒸汽流的携带作用下, 被抽吸气体的速度不断增加并达到超音速状态(在s点截 面处达到音速)。而工作蒸汽因此速度不断下降, 在混合室的后段( s到3) 的 某一截面处工作蒸汽与被抽吸气体的流动速度达到相等, 之后保持恒定。在混 合室的后段( s到 3) , 工作蒸汽与被抽吸气体充分混合, 混合物的压力在其 进入喉管时已保持恒定。这里需要特别说明的是s点截面的位置并不是固定的, 而是随着抽气器运行条件的变化而变化的。
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蒸汽喷射泵内的质量平衡方程
(1)
被抽吸气体与工作蒸汽的质量流量比: (2) 为了便于分析和计算, 可用马赫数来描述工质的流动过程。 工作蒸汽在工作喷嘴出口截面处( 2点) 所达到的马赫 (3)
工作喷嘴效率一般取值范围为0.75~ 0.9
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成, 其基本结构见图1。在结构上,工作喷嘴采用了缩放
喷嘴的结构形式, 这种结构可以在其出口获得超音速气 流。在混合室与扩压管之间还设有一段等截面的喉管, 其作用是使工作蒸汽和被抽吸气体充分混合, 以减少突 然压缩损失和余速动能的损失。
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工作过程
膨胀增速阶段
p点截面到 2点截面为工作蒸汽在工作喷嘴内的膨胀增速阶
6)蒸汽喷射器的加工精度要求较高，循环中的工作蒸汽消耗 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。
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太阳能喷射式制冷系统
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喷射式制冷
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蒸汽喷射泵主要由工作喷嘴、混合室及扩压管三部分组ຫໍສະໝຸດ 中南大学能源与科学工程学院
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4)蒸汽喷射式制冷以水作为制冷剂，根据需要可使制冷剂与 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t0，正在研制以氨、氟利昂为制冷剂 的蒸气喷射式制冷机。另外将蒸汽喷射器与活塞式制冷压 缩机、吸收式制冷压缩机等串联，用以作为低压机，也能 获得较低的蒸发温度t0。
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从设计计算程序设计框图可以看出, 计算过程要求迭代计算。 因此在计算完工作蒸汽和被抽吸气体的质量流率后, 需给定 一个P2 的估计值,然后进行下一步计算, 求解式( 3 )-( 9 ) 并计算出一些相关参数, 其中包括Pc。将Pc 的计算值与第一 步给定的设计值进行比较, 如果其误差在允许范围内, 则可 继续进行下一步计算; 否则, 回到第五步重新给定一个新的 P2 估计值,反复第五到第七步, 直到误差 在允许范围内为止。 最后计算得出的结果即为蒸汽喷射泵设计的一些重要尺寸参 数, 其中包括工作喷嘴喉部截面积A1、工作喷嘴喉部与喉管 截面面积比A1 /A3和工作喷嘴出口与工作喷嘴喉部截面面积 比A2 /A1 等。
扩压管效率 一般其取值范围为0.7~ 0.9
工作喷嘴喉部( 1点) 截面面积为
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工作喷嘴喉部( 1点) 与喉管( 3点) 截面面积比为:
工作喷嘴出口( 2点) 与工作喷嘴喉部( 1点) 截面面积比为:
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在给定相关初始压力、质量流量、质量流量比及其它已知的原始数 据和初始参数的前提下,根据上述所建立的数学模型, 利用计算机 采用迭代计算的方法, 即可获得抽气器设计的一些重要尺寸参数
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压缩阶段 3点截面到c点截面为工作蒸汽与被抽吸气体的混合物的压缩阶
段。混合物在喉管内流动的过程中, 会在喉管内的某一截面
( 4点) 产生激波的现象, 激波会导致混合物压力的突升(从P4 升高到P5 ) 和气流速度的突降(从超音速v4 降到亚音速v5 )。 当混合物从喉管流入到扩压管内后, 其部分动能转化为压能, 从而使其流速进一步降低, 压力进一步上升至需达到的压力值
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被抽吸气体在工作喷嘴出口截面处( 2点)所达到的马赫数:
(4) 由于抽气器内的混合过程定义为一维稳态绝热过程, 所以此过 程满足动量和能量守恒定律。通过动量和能量守恒方程的联立, (5) 其中上标为* 的参数M* 称为速度系数, 它是流体速度与临界 速度(或临界声速) 之比。它与马赫数之间关系式为 (6) M*e2、M*p2 及M4 都是通过上式 计算得到的
喷射式制冷
蒸汽喷射式制冷是一种以热能为动力的制冷方式。与溴
化锂吸收式制冷机相类似，都是依靠热能而工作的，但 蒸汽喷射式制冷机只用单一物质为制冷剂。虽然从理论 上谈可应用一般的制冷剂，如氨、氟利昂等，但到目前 为止，只有以水为制冷剂的蒸汽喷射式制冷机得到实际 应用。当用水为制冷剂时所制取的低温必须在0 ℃以上， 故蒸汽喷射式制冷机目前只用于空调装置或用来制取某
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喷射式制冷
蒸汽喷射式制冷循环的特点
蒸汽喷射式制冷利用制冷剂在低压下的相变汽化吸热 来制取冷量，与其他制冷循环相比，具有如下特点: 1)蒸汽喷射式制冷机的设备结构简单，金属耗量少，造 价低廉，运行可靠性高，使用寿命长，一般不需要备用设 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，特别适用于有较多工 业余汽的场合，能节约能源。