噴射式制冷在船舶空調中的應用管窺

王鎏

摘? 要：船舶空調作為船舶構成部分之中耗用能源較多的一個設備，隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，它的功能也在不斷的優(yōu)化和改善。其中，為了控制相關的能源損耗，加大余熱回收利用，本文以船舶空調為研究對象，通過研究空調制冷模式以此來推動空調能源運用的進一步發(fā)展。

關鍵詞：船舶空調;噴射式制冷;余熱回收

船舶在現(xiàn)代運輸業(yè)之中一直以來都占據(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造成能源的大量浪費，同時也會造成相關的環(huán)境污染。隨著能源資源的逐漸匱乏，低碳環(huán)保已經(jīng)成為各個行業(yè)工作的重心和方向。本文就船舶空調制冷原理及功能拓展，不斷的進行相關研究，以此來改變船舶空調的運作機制，從而實現(xiàn)能源的高效利用。

1.簡述船舶空調應用原理

1.1探析制冷機理

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用前景。準確來講，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)縮放噴嘴加速后轉化為超音速流體。在噴嘴高速工作流體會產(chǎn)生低壓以實現(xiàn)對蒸發(fā)器的制冷蒸汽進行引射的目的，并在混合室內使兩種流體充分混合。在擴壓器中，經(jīng)歷再壓縮過程后混合流體將會由超音速降至亞音速，與此同時壓力升高，從而使混合流體的壓力超過了引射流體的入口壓力，進而實現(xiàn)增壓過程。圖1描述的是蒸汽噴射式制冷基本循環(huán)系統(tǒng)示意圖。

在整個制冷的過程中，首先是噴射器中的發(fā)生器會噴射高壓和高溫的蒸汽，這些蒸汽以流體的形態(tài)存在于人們的視線中，這種新型的流體加速通過噴嘴部件從而獲得超音速特性。同時在流體經(jīng)過噴嘴處時，被增加了低壓，形成一個局部真空，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。通過噴射器的運行模式可得出，可以將噴射制冷結構中的噴射組件用真空泵來進行代替，隨后將噴射發(fā)生器噴出的流體在擴散器中混合。在擴散器中，混合在一起的流體會被再次壓縮。在新設備之中，制冷所需的噴射器在壓縮類別上與壓縮機相同。冷凝器包含混合空氣流，一部分混合空氣流通過膨脹閥的壓力降低變?yōu)闈裾魵?，通過蒸發(fā)器吸熱后被吸入到局部真空，另一部分凝結成水通過循環(huán)泵回到蒸汽發(fā)生器從而完成了整個循環(huán)。

1.2構建制冷模型

不同的制冷模型所表現(xiàn)出來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。因此在船舶空調中運用噴射式制冷時候，在噴射器的選擇方面上需要考慮到噴射器的性能問題。此外，噴射式制冷中重要的組成部分擴散器在規(guī)格方面也有著不同。市面上的擴壓器基本上分為兩類，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。無論是等截面還是等壓的模型都可以使得兩種不同類型的流體在擴散器中相互混合，這一操作被稱之為等壓混合。雙重裝置間之中，激波的存在十分常見。當不同類別的流體混合在一起，最終形成的流體音速較低，只有通過擴壓器，才能夠提升相應的壓力。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，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，構建噴射器模型的時候需要運用到相關的數(shù)學知識，如采取連續(xù)方程、能量以及動量方程來建造相關的一維模型，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，當流體傾向于一維流動的時候，那么所引射出來的流體和相對應的工作流體，這兩者都顯示出了相同的分子質量。其次相關的比熱比也相同。假設這種流體為飽和的狀態(tài)，同時對其狀態(tài)和速率并不進行考慮，僅僅考慮其等熵流動，那么兩種類型的流體在給定構架之中混合在一起?；旌系倪^程中，相關工作人員為其設定恒定壓力，便可以通過觀察得出流體的摩擦損失與擴壓器和噴嘴的等熵效率密切相關。

2.簡述船舶空調具體應用

2.1應用實例

在具體的應用之中考慮最多的變?yōu)榻馕鰯?shù)值的變動。例如，如果在最初的階段設定制冷劑用純水來進行，那么將會得到120℃的初始蒸汽溫度。在之后的每一個步驟關于溫度都需要精準的把握，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12℃。噴射式制冷之中的每一個環(huán)節(jié)的溫度都需要精準的控制，以此來保證模型的精準性。其中可以影響到模型的關鍵環(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的時候，需要設定相關的面積比。在機器運行的過程之中，根據(jù)冷凝和蒸發(fā)的溫度來設定等熵的總效率。這種設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函數(shù)關系，最終呈現(xiàn)出來的噴射面積比將會得到一定的控制。

2.2新式空調優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的壓縮制冷相比，船舶的新式空調應用形式有著一定的優(yōu)勢。首先，船舶在運行的過程之中有著較多的剩余熱量，剩余熱量來自于缸套排出的冷卻水和柴油機廢氣排出的多余熱能。一般情況下，船舶二沖程結構的低速柴油機的額定功率規(guī)格超過3000kW，這種低速機的廢氣排氣溫度一般在310℃附近，而冷卻水溫度92℃，所有主機排放的總熱能可以轉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。以具體的分析來表述，可以看作最開始的時候，蒸汽溫度為120℃，蒸發(fā)溫度為20℃，冷凝溫度為32℃。廢氣鍋爐被廢氣驅動，產(chǎn)生的蒸汽成為制冷媒介，按照設定情況制冷空調制冷功率超過50KW，滿足船舶相關生活功能要求。該制冷系統(tǒng)是工作人員考慮到能源的消耗以及船舶運作的特點所制定出來的特殊系統(tǒng)，這一系統(tǒng)有著巨大的優(yōu)點。在當下的船舶艙體之中布置噴射器，而在冷凝器內，裝有空氣冷凝組件在機艙之中，可以有效縮減運行消耗。在具體的運行之中，也不難看出該系統(tǒng)既簡單易于操作同時也十分的有效。

3.小結

綜上所述，當前階段能源的大量消耗使得很多行業(yè)之中已經(jīng)開始了自己的創(chuàng)新和改革，以此來降低能源的消耗，提高能源的利用率。在能源的開發(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，關于空調的革新大幅度的增強了船舶對于能源的利用率。這一發(fā)展有著較好的未來前景，可以推動船舶行業(yè)的不斷進步。

參考文獻

[1]? 董景明，潘新祥，宋立國等.噴射式制冷在船舶空調中的應用研究[J].船舶工程，2011，33（1）：29-32.

[2]? 郝正成.噴射式制冷在船舶空調中的應用[J].建筑工程技術與設計，2015，（20）：2423.