壓縮噴射制冷系統研究

孫 宇，毛剛鵬

（浙江綠洲制冷設備有限公司，浙江 臺州318000）

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壓縮噴射制冷系統研究

孫 宇，毛剛鵬

（浙江綠洲制冷設備有限公司，浙江 臺州318000）

摘要：制冷行業是能源消耗大的行業，制冷系統要向節約能源，提高制冷性能方向發展。壓縮噴射制冷系統是制冷行業新型的制冷系統，是制冷行業發展的方向。為了使壓縮噴射制冷系統在實際得到更好地應用，對壓縮制冷系統中的單溫壓縮噴射制冷系統和雙溫壓縮噴射制冷系統從工作模型、工作流程等方面進行了對比，發現單溫壓縮噴射系統中的混合壓力有最佳值，可以很大程度地優化制冷效果。雙溫壓縮噴射系統中有四種循環制冷模式，其中串聯單相模式的制冷效果要比并聯單相模式的制冷效果好。并聯兩相模式的制冷效果要優于串聯兩相模式的制冷效果。

關鍵詞：壓縮噴射制冷；單溫；雙溫

1　壓縮噴射制冷系統

壓縮噴射制冷系統，是在蒸汽壓縮制冷系統的基礎上，加上噴射器對蒸汽壓縮制冷系統的節流損失進行再回收利用，還一定程度上加大壓縮機的進口壓力，減少制冷過程中的功率消耗，以便來提高制冷系統的制冷系數。根據蒸發器的個數，可以將壓縮噴射制冷系統分為單溫壓縮噴射制冷系統、雙溫壓縮噴射制冷系統和多溫壓縮噴射制冷系統。根據蒸發器的位置以及流體的相態，可以將雙溫壓縮噴射制冷系統分為并聯單相式、串聯單相式、串聯兩相式、并聯兩相式。目前人們的生產和生活對制冷系統的要求越來越多，越來越細。常用的空調制冷設備都具有兩個以及兩個以上的蒸發器，這樣就使得一個制冷系統可以實現兩種以及兩個以上的制冷溫度。比如家里常用的電冰箱，就具有冷藏和冷凍的功能。很多長途的載貨汽車不僅要滿足貨品的制冷溫度要求，還要滿足駕駛室內駕駛員的駕駛環境溫度的要求。目前有很多學者將噴射器的節流損失回收以及提高壓力的特性引進到雙溫制冷系統，甚至是多溫制冷系統。然而制冷系統對制冷負荷的細微變化非常敏感，所以這類系統控制起來還是比較困難與復雜的[1]。

2　單溫壓縮噴射制冷系統

2.1噴射器模型

在單溫壓縮噴射制冷系統中，傳統的節流裝置被噴射器所替換。液汽兩相噴射器決定著單溫壓縮噴射制冷系統的制冷效果。

液汽兩相噴射器的模型如下圖1所示[1]。

圖1　液氣兩相噴射器

2.2流體的流動過程

工作流體從冷凝器流到工作噴嘴內，從1口進，然后從1b口噴射出來。從圖1的噴射器模型圖可以看出，1口要比1b口的孔度要大，即工作噴嘴的孔道變細。由于工作噴嘴的孔道變細，使得工作流體的壓力變小，流速變大。流體在在經過工作噴嘴后，達到降壓增速的效果[2]。引射流體從蒸發器出來，然后經過2口進入到噴射器的引射室，最后通過口2b進入到等面積混合室。由于2口比2b口的孔度要大，所以引射流體在經過引射室后，也會達到降壓增速的效果。工作流體與引射流體分別通過圖1模型圖中的口1b和口2b進入到等面積混合室，而且這兩種流體在1b口和2b口共有的截面處的壓力是相等的。兩種流體在等面積混合室中混合的過程中，滿足質量守恒、動量定理和能量守恒方程[3]。工作流體與引射流體在等面積混合室混合后，進入到擴壓室內。由于擴壓室內的截面面積不斷連續擴大，就會使得混合流體的流速降低，壓力增大，從而達到減速增壓的效果。

2.3壓縮噴射制冷系統的工作循環過程

我用了那么多充滿正面能量的詞來形容自己的期望，這也是我在陪伴他的過程中想要帶給他的。當我如今回想自己為孩子所挑選的故事，都是人物之間關系特別融洽、人與自然之間也很和諧的圖景；有時候我也會以這個標準去裁剪那些情節曲折、復雜的故事，只將其中最美好的那一部分拿出來給寶寶講，其余則留到他年齡再長一些之后來說。

液汽分離器分離出來的蒸汽，在經過壓縮機后，壓力增大溫度升高。然后再經過冷凝器，冷凝器將其溫度降低，并凝結，變成高壓液體狀態。高壓液態的制冷劑再經過噴射器的工作噴嘴，工作噴嘴降低其壓力，提高其流動的速度。然后被從蒸發器流出的引射流體進行引流，兩者進過等面積混合室，充分混合，再一塊流向擴壓室，隨著擴壓室截面面積的擴大，流速降低，壓力變大，最后噴射出噴射器。被噴射出來的兩相態制冷劑再次進入到液汽分離器，其中液態通過節流降壓后，在蒸發器內吸收熱量，實現制冷的效果。

2.4參數對系統的影響

（1）兩相噴射器的混合壓力只要發生細微的變化，就會使得單溫壓縮噴射制冷系統的性能發生很大的改變。混合壓力的最佳值要比引流壓力略低。選擇混合壓力的最佳值可以最大限度地優化單溫壓縮噴射制冷系統的性能[4]。

（2）蒸發溫度和冷凝溫度都會影響噴射器混合壓力最佳值的取值。蒸發溫度變大或者冷凝溫度變小，混合壓力的最佳值慢慢地向引射壓力靠近，同時增大噴射系數和提高系統的性能。

（3）噴射器兩端的等熵效率也會一定程度地影響噴射器的噴射系數和系統的性能。提高等熵效率，噴射系數就會隨之變大，系統的性能也會得到優化[5]。

3　雙溫壓縮噴射制冷系統研究

傳統的雙溫壓縮制冷系統將一個壓力調節閥安裝在蒸發溫度較高的蒸發器上，把溫度較高的蒸發器釋放出的高壓蒸汽節流到與低溫蒸發器相同的壓力范圍。然而節流會產生相應的節流損失，從而降低了傳統雙溫壓縮制冷系統的性能。將噴射器引入到雙溫壓縮制冷系統中，組成雙溫壓縮噴射制冷系統，可以很大程度上減少節流損失，提高系統的制冷效果[6]。

3.1傳統雙溫壓縮制冷系統的節流損失

傳統雙溫壓縮制冷系統示意圖如圖2所示[1]。

圖2　雙溫壓縮制冷系統

傳統雙溫壓縮制冷系統會產生兩種節流損失：一部分節流損失是由高溫膨脹閥A和低溫膨脹閥B產生的，另一部分是由壓力調節閥T產生的。

3.2系統工作時的狀況對節流損失的影響

系統工作時，冷凝溫度會對高溫膨脹閥A和低溫膨脹閥B與壓力調節閥T的節流損失產生相應的影響。冷凝溫度變高，會加大高溫膨脹閥A和低溫膨脹閥B的節流損失，減小壓力調節閥的節流損失。壓力調節閥產生的節流損失最大，高溫膨脹閥產生的節流損失最小。高溫蒸發器A的制冷負荷比較小時，低溫膨脹閥B和壓力調節閥的T的節流損失很大，其中低溫膨脹閥B的節流損失最大，而高溫膨脹閥A的節流損失最小。高溫蒸發器A的制冷負荷比較大時，壓力調節閥的節流損失量最大[7]。

3.3雙溫壓縮噴射制冷的工作模式

根據雙溫壓縮噴射制冷系統中兩個蒸發器的布置位置以及進入噴射器中流體的相態，可以將壓縮噴射制冷系統分為并聯單相式、串聯單相式、串聯兩相式、并聯兩相式。

（1）雙溫并聯單相式壓縮噴射制冷系統，如圖3所示[1]。

圖3　雙溫并聯單相式壓縮噴射制冷系統

（2）雙溫串聯單相式壓縮噴射制冷系統，如圖4所示[1]。

圖4　雙溫串聯單相式壓縮噴射制冷系統

（3）雙溫串聯兩相式壓縮噴射制冷系統，如圖5所示[1]。

圖5　雙溫串聯兩相式壓縮噴射制冷系統

（4）雙溫并聯兩相式壓縮噴射制冷系統，如圖6所示[1]。

圖6　雙溫并聯兩相式壓縮噴射制冷系統

（5）四種循環模式對比

以上四種循環模式的制冷效果進行對比：串聯單相模式制冷系統的制冷效果要比并聯單相模式制冷系統的制冷效果好。并聯兩相模式制冷系統的制冷效果要優于串聯兩相模式制冷系統的制冷效果[8]。

3.4傳統模式、串聯單相模式與并聯單相模式分析比較

蒸發器A的溫度升高，串聯單相模式與并聯單相模式的制冷系統的制冷效果變優，而傳統模式的制冷系統制冷效果沒有改善。在傳統模式中，壓力調節閥布置在高溫蒸發器A的位置后面，盡管蒸發溫度變高，高溫膨脹閥節流損失變小，但是壓力調節閥的節流損失變大，使得制冷效果未有改善。

4　結束語

現在節能減排問題受到越來越多的關注，作為能源消耗量較大的行業，制冷行業需要對傳統的制冷系統進行改善，既要實現節能減排的目的，又要提高制冷系統的制冷效果。新型的制冷循環系統引入噴射器裝置，可以一定程度上減少節流損失，提高制冷效果。本文重點介紹了單溫和雙溫壓縮噴射制冷系統，分析了兩種系統的特點。單溫壓縮噴射系統中的混合壓力有最佳值，可以很大程度地優化制冷效果。提高蒸發溫度和降低冷凝溫度，可以增大制冷系數。增大噴射器兩端的等熵效率可以改善系統的制冷效果。雙溫壓縮噴射系統中的有四種循環制冷模式，其中串聯單相模式的制冷效果要比并聯單相模式的制冷效果好。并聯兩相模式的制冷效果要優于串聯兩相模式的制冷效果。

參考文獻：

[1]湯本凱.壓縮—噴射制冷系統及噴射器的研究[D].鄭州：鄭州大學，2013.

[2]劉敬輝，陳江平，陳芝久.壓縮/噴射混合制冷系統噴射器設計及其變工況特性探討[J].應用科學學報，2006，（3）：31-34.

[3]王飛.新型蒸汽壓縮/噴射制冷循環系統研究[D].上海:上海海事大學，2007.

[4]曹立宏.冰箱壓縮/噴射混合制冷循環系統實驗及數值研究[D].長沙：中南大學，2009.

[5]戚大威，柳建華，張良，等.蒸汽壓縮/噴射制冷系統噴射器設計及節能分析[J].制冷學報，2014，（8）：34-37.

[6]魏新利，湯本凱，馬新靈，等.兩相噴射器對壓縮-噴射制冷系統性能的影響研究[J].制冷與空調，2014，（11）：20-23.

[7]蘇躍紅，葛新石.雙溫冰箱壓縮/噴射式混合制冷循環系統的設計和實驗研究[J].中國科學技術大學學報，1998，（01）: 118-124.

[8]白連社，魏邦福，陳開松，等.新型壓縮/噴射復合制冷系統理論分析研究[J].電器，2013，（4）：71-75.

中圖分類號:TH45

文獻標識碼：B

文章編號：1672-545X（2016）04-0202-04

收稿日期：2016-01-05

作者簡介：孫宇（1985-），男，浙江臺州人，本科，助理工程師，研究方向：制冷系統；毛剛鵬（1987-），男，浙江溫嶺人，本科，助理工程師，研究方向：制冷系統。

Study on Compression Injection Refrigeration System

SUN Yu，MAO Gang-peng
（Zhejiang Oasis Refrigeration Equipment Co.，Ltd.Zhejiang Taizhou 318000，China）

Abstract:Refrigeration industry is a big energy consumption industry，the cooling system to the direction of energy conservation，improve the direction of the development of refrigeration performance.Compression ejector refrigeration system is a new type of refrigeration system，which is the direction of the development of refrigeration industry.In order to make compression ejector refrigeration system application in actual get better，this paper on the compression refrigeration system of single temperature compression injection double temperature refrigeration system and compression ejector refrigeration system from working model，work flow and other aspects are compared found single temperature compression system in mixed pressure injection has the best value，can greatly optimize the refrigeration effect.There are four kinds of circulation refrigeration modes in the two temperature compression injection system，in which the refrigeration effect of series single-phase mode is better than that of parallel single phase mode.The refrigeration effect of parallel two-phase mode is better than that of series two phase model.

Key words:compression ejector refrigeration；single temperature；double temperature