噴射式制冷在船舶空調(diào)中的應(yīng)用管窺

王鎏

摘? 要：船舶空調(diào)作為船舶構(gòu)成部分之中耗用能源較多的一個(gè)設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，它的功能也在不斷的優(yōu)化和改善。其中，為了控制相關(guān)的能源損耗，加大余熱回收利用，本文以船舶空調(diào)為研究對(duì)象，通過(guò)研究空調(diào)制冷模式以此來(lái)推動(dòng)空調(diào)能源運(yùn)用的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：船舶空調(diào);噴射式制冷;余熱回收

船舶在現(xiàn)代運(yùn)輸業(yè)之中一直以來(lái)都占據(jù)著較大的比重，但在能源利用方面上，船舶的能源綜合利用率還有較大的上升空間，部分能量沒(méi)有得到較好利用便被排放到大氣中。這種能源的消耗不僅會(huì)造成能源的大量浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)造成相關(guān)的環(huán)境污染。隨著能源資源的逐漸匱乏，低碳環(huán)保已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)工作的重心和方向。本文就船舶空調(diào)制冷原理及功能拓展，不斷的進(jìn)行相關(guān)研究，以此來(lái)改變船舶空調(diào)的運(yùn)作機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

1.簡(jiǎn)述船舶空調(diào)應(yīng)用原理

1.1探析制冷機(jī)理

噴射式制冷作為一種特殊的制冷方式在船舶上有著很好的應(yīng)用前景。準(zhǔn)確來(lái)講，這種特殊的噴射式冷卻系統(tǒng)主要是由蒸汽發(fā)生裝置、冷凝器、蒸發(fā)器、噴射器、膨脹閥和循環(huán)泵等六部分組成，從發(fā)生器流出的工作流體（高溫高壓蒸汽）經(jīng)縮放噴嘴加速后轉(zhuǎn)化為超音速流體。在噴嘴高速工作流體會(huì)產(chǎn)生低壓以實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)器的制冷蒸汽進(jìn)行引射的目的，并在混合室內(nèi)使兩種流體充分混合。在擴(kuò)壓器中，經(jīng)歷再壓縮過(guò)程后混合流體將會(huì)由超音速降至亞音速，與此同時(shí)壓力升高，從而使混合流體的壓力超過(guò)了引射流體的入口壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增壓過(guò)程。圖1描述的是蒸汽噴射式制冷基本循環(huán)系統(tǒng)示意圖。

在整個(gè)制冷的過(guò)程中，首先是噴射器中的發(fā)生器會(huì)噴射高壓和高溫的蒸汽，這些蒸汽以流體的形態(tài)存在于人們的視線(xiàn)中，這種新型的流體加速通過(guò)噴嘴部件從而獲得超音速特性。同時(shí)在流體經(jīng)過(guò)噴嘴處時(shí)，被增加了低壓，形成一個(gè)局部真空，從而使得蒸發(fā)器中的制冷蒸汽可以排出，以此將二者完全的融合。通過(guò)噴射器的運(yùn)行模式可得出，可以將噴射制冷結(jié)構(gòu)中的噴射組件用真空泵來(lái)進(jìn)行代替，隨后將噴射發(fā)生器噴出的流體在擴(kuò)散器中混合。在擴(kuò)散器中，混合在一起的流體會(huì)被再次壓縮。在新設(shè)備之中，制冷所需的噴射器在壓縮類(lèi)別上與壓縮機(jī)相同。冷凝器包含混合空氣流，一部分混合空氣流通過(guò)膨脹閥的壓力降低變?yōu)闈裾魵猓ㄟ^(guò)蒸發(fā)器吸熱后被吸入到局部真空，另一部分凝結(jié)成水通過(guò)循環(huán)泵回到蒸汽發(fā)生器從而完成了整個(gè)循環(huán)。

1.2構(gòu)建制冷模型

不同的制冷模型所表現(xiàn)出來(lái)的制冷特性是不同的，相較于其他系統(tǒng)，采用蒸汽噴射的制冷形式同其他方式在制冷性能方面存在一定的差距。因此在船舶空調(diào)中運(yùn)用噴射式制冷時(shí)候，在噴射器的選擇方面上需要考慮到噴射器的性能問(wèn)題。此外，噴射式制冷中重要的組成部分?jǐn)U散器在規(guī)格方面也有著不同。市面上的擴(kuò)壓器基本上分為兩類(lèi)，一種是具有相同截面積的模型，而另一種則是具有相同壓力的模型。無(wú)論是等截面還是等壓的模型都可以使得兩種不同類(lèi)型的流體在擴(kuò)散器中相互混合，這一操作被稱(chēng)之為等壓混合。雙重裝置間之中，激波的存在十分常見(jiàn)。當(dāng)不同類(lèi)別的流體混合在一起，最終形成的流體音速較低，只有通過(guò)擴(kuò)壓器，才能夠提升相應(yīng)的壓力。因此在等截面和等壓型的模型選擇之中，如果選擇等截面的模型，混合之后的流體很容易滯留在混合室內(nèi)，而選擇等壓模型，恒定壓力模型可以改善固有的噴射性能并優(yōu)化這種性能。性能的提升使得這種新穎的模型在被廣泛接受。通常情況下，構(gòu)建噴射器模型的時(shí)候需要運(yùn)用到相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，如采取連續(xù)方程、能量以及動(dòng)量方程來(lái)建造相關(guān)的一維模型，具體的表述如下：液體在噴射器之中以穩(wěn)定的形態(tài)存在，當(dāng)流體傾向于一維流動(dòng)的時(shí)候，那么所引射出來(lái)的流體和相對(duì)應(yīng)的工作流體，這兩者都顯示出了相同的分子質(zhì)量。其次相關(guān)的比熱比也相同。假設(shè)這種流體為飽和的狀態(tài)，同時(shí)對(duì)其狀態(tài)和速率并不進(jìn)行考慮，僅僅考慮其等熵流動(dòng)，那么兩種類(lèi)型的流體在給定構(gòu)架之中混合在一起。混合的過(guò)程中，相關(guān)工作人員為其設(shè)定恒定壓力，便可以通過(guò)觀(guān)察得出流體的摩擦損失與擴(kuò)壓器和噴嘴的等熵效率密切相關(guān)。

2.簡(jiǎn)述船舶空調(diào)具體應(yīng)用

2.1應(yīng)用實(shí)例

在具體的應(yīng)用之中考慮最多的變?yōu)榻馕鰯?shù)值的變動(dòng)。例如，如果在最初的階段設(shè)定制冷劑用純水來(lái)進(jìn)行，那么將會(huì)得到120℃的初始蒸汽溫度。在之后的每一個(gè)步驟關(guān)于溫度都需要精準(zhǔn)的把握，冷凝的溫度控制在35℃，在水體未蒸發(fā)之前，溫度都不可以超過(guò)12℃。噴射式制冷之中的每一個(gè)環(huán)節(jié)的溫度都需要精準(zhǔn)的控制，以此來(lái)保證模型的精準(zhǔn)性。其中可以影響到模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有以下幾種：給定蒸發(fā)溫度、給定冷凝溫度，以及流體自帶的溫度。因此為了保證每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠盡可能的確保溫度的穩(wěn)定，在將噴射制冷和噴射器搭配起來(lái)的時(shí)候，需要設(shè)定相關(guān)的面積比。在機(jī)器運(yùn)行的過(guò)程之中，根據(jù)冷凝和蒸發(fā)的溫度來(lái)設(shè)定等熵的總效率。這種設(shè)定最終形成的效果便是噴射式制冷的噴射面積同溫度形成一個(gè)函數(shù)關(guān)系，最終呈現(xiàn)出來(lái)的噴射面積比將會(huì)得到一定的控制。

2.2新式空調(diào)優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的壓縮制冷相比，船舶的新式空調(diào)應(yīng)用形式有著一定的優(yōu)勢(shì)。首先，船舶在運(yùn)行的過(guò)程之中有著較多的剩余熱量，剩余熱量來(lái)自于缸套排出的冷卻水和柴油機(jī)廢氣排出的多余熱能。一般情況下，船舶二沖程結(jié)構(gòu)的低速柴油機(jī)的額定功率規(guī)格超過(guò)3000kW，這種低速機(jī)的廢氣排氣溫度一般在310℃附近，而冷卻水溫度92℃，所有主機(jī)排放的總熱能可以轉(zhuǎn)化為制冷所必需的熱源。而船上裝備的廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可以用作制冷媒介。以具體的分析來(lái)表述，可以看作最開(kāi)始的時(shí)候，蒸汽溫度為120℃，蒸發(fā)溫度為20℃，冷凝溫度為32℃。廢氣鍋爐被廢氣驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生的蒸汽成為制冷媒介，按照設(shè)定情況制冷空調(diào)制冷功率超過(guò)50KW，滿(mǎn)足船舶相關(guān)生活功能要求。該制冷系統(tǒng)是工作人員考慮到能源的消耗以及船舶運(yùn)作的特點(diǎn)所制定出來(lái)的特殊系統(tǒng)，這一系統(tǒng)有著巨大的優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)下的船舶艙體之中布置噴射器，而在冷凝器內(nèi)，裝有空氣冷凝組件在機(jī)艙之中，可以有效縮減運(yùn)行消耗。在具體的運(yùn)行之中，也不難看出該系統(tǒng)既簡(jiǎn)單易于操作同時(shí)也十分的有效。

3.小結(jié)

綜上所述，當(dāng)前階段能源的大量消耗使得很多行業(yè)之中已經(jīng)開(kāi)始了自己的創(chuàng)新和改革，以此來(lái)降低能源的消耗，提高能源的利用率。在能源的開(kāi)發(fā)和利用研究中，船舶制冷系統(tǒng)研究作為交通行業(yè)之中的重要分支，關(guān)于空調(diào)的革新大幅度的增強(qiáng)了船舶對(duì)于能源的利用率。這一發(fā)展有著較好的未來(lái)前景，可以推動(dòng)船舶行業(yè)的不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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