喷射式制冷在船舶空调中的应用管窥

王鎏

摘  要：船舶空调作为船舶构成部分之中耗用能源较多的一个设备，随着科学技术的不断发展和进步，它的功能也在不断的优化和改善。其中，为了控制相关的能源损耗，加大余热回收利用，本文以船舶空调为研究对象，通过研究空调制冷模式以此来推动空调能源运用的进一步发展。

关键词：船舶空调;喷射式制冷;余热回收

船舶在现代运输业之中一直以来都占据着较大的比重，但在能源利用方面上，船舶的能源綜合利用率还有较大的上升空间，部分能量没有得到较好利用便被排放到大气中。这种能源的消耗不仅会造成能源的大量浪费，同时也会造成相关的环境污染。随着能源资源的逐渐匮乏，低碳环保已经成为各个行业工作的重心和方向。本文就船舶空调制冷原理及功能拓展，不断的进行相关研究，以此来改变船舶空调的运作机制，从而实现能源的高效利用。

1.简述船舶空调应用原理

1.1探析制冷机理

喷射式制冷作为一种特殊的制冷方式在船舶上有着很好的应用前景。准确来讲，这种特殊的喷射式冷却系统主要是由蒸汽发生装置、冷凝器、蒸发器、喷射器、膨胀阀和循环泵等六部分组成，从发生器流出的工作流体（高温高压蒸汽）经缩放喷嘴加速后转化为超音速流体。在喷嘴高速工作流体会产生低压以实现对蒸发器的制冷蒸汽进行引射的目的，并在混合室内使两种流体充分混合。在扩压器中，经历再压缩过程后混合流体将会由超音速降至亚音速，与此同时压力升高，从而使混合流体的压力超过了引射流体的入口压力，进而实现增压过程。图1描述的是蒸汽喷射式制冷基本循环系统示意图。

在整个制冷的过程中，首先是喷射器中的发生器会喷射高压和高温的蒸汽，这些蒸汽以流体的形态存在于人们的视线中，这种新型的流体加速通过喷嘴部件从而获得超音速特性。同时在流体经过喷嘴处时，被增加了低压，形成一个局部真空，从而使得蒸发器中的制冷蒸汽可以排出，以此将二者完全的融合。通过喷射器的运行模式可得出，可以将喷射制冷结构中的喷射组件用真空泵来进行代替，随后将喷射发生器喷出的流体在扩散器中混合。在扩散器中，混合在一起的流体会被再次压缩。在新设备之中，制冷所需的喷射器在压缩类别上与压缩机相同。冷凝器包含混合空气流，一部分混合空气流通过膨胀阀的压力降低变为湿蒸气，通过蒸发器吸热后被吸入到局部真空，另一部分凝结成水通过循环泵回到蒸汽发生器从而完成了整个循环。

1.2构建制冷模型

不同的制冷模型所表现出来的制冷特性是不同的，相较于其他系统，采用蒸汽喷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。因此在船舶空调中运用喷射式制冷时候，在喷射器的选择方面上需要考虑到喷射器的性能问题。此外，喷射式制冷中重要的组成部分扩散器在规格方面也有着不同。市面上的扩压器基本上分为两类，一种是具有相同截面积的模型，而另一种则是具有相同压力的模型。无论是等截面还是等压的模型都可以使得两种不同类型的流体在扩散器中相互混合，这一操作被称之为等压混合。双重装置间之中，激波的存在十分常见。当不同类别的流体混合在一起，最终形成的流体音速较低，只有通过扩压器，才能够提升相应的压力。因此在等截面和等压型的模型选择之中，如果选择等截面的模型，混合之后的流体很容易滞留在混合室内，而选择等压模型，恒定压力模型可以改善固有的喷射性能并优化这种性能。性能的提升使得这种新颖的模型在被广泛接受。通常情况下，构建喷射器模型的时候需要运用到相关的数学知识，如采取连续方程、能量以及动量方程来建造相关的一维模型，具体的表述如下：液体在喷射器之中以稳定的形态存在，当流体倾向于一维流动的时候，那么所引射出来的流体和相对应的工作流体，这两者都显示出了相同的分子质量。其次相关的比热比也相同。假设这种流体为饱和的状态，同时对其状态和速率并不进行考虑，仅仅考虑其等熵流动，那么两种类型的流体在给定构架之中混合在一起。混合的过程中，相关工作人员为其设定恒定压力，便可以通过观察得出流体的摩擦损失与扩压器和喷嘴的等熵效率密切相关。

2.简述船舶空调具体应用

2.1应用实例

在具体的应用之中考虑最多的变为解析数值的变动。例如，如果在最初的阶段设定制冷剂用纯水来进行，那么将会得到120℃的初始蒸汽温度。在之后的每一个步骤关于温度都需要精准的把握，冷凝的温度控制在35℃，在水体未蒸发之前，温度都不可以超过12℃。喷射式制冷之中的每一个环节的温度都需要精准的控制，以此来保证模型的精准性。其中可以影响到模型的关键环节有以下几种：给定蒸发温度、给定冷凝温度，以及流体自带的温度。因此为了保证每一个环节都能够尽可能的确保温度的稳定，在将喷射制冷和喷射器搭配起来的时候，需要设定相关的面积比。在机器运行的过程之中，根据冷凝和蒸发的温度来设定等熵的总效率。这种设定最终形成的效果便是喷射式制冷的喷射面积同温度形成一个函数关系，最终呈现出来的喷射面积比将会得到一定的控制。

2.2新式空调优势

与传统的压缩制冷相比，船舶的新式空调应用形式有着一定的优势。首先，船舶在运行的过程之中有着较多的剩余热量，剩余热量来自于缸套排出的冷却水和柴油机废气排出的多余热能。一般情况下，船舶二冲程结构的低速柴油机的额定功率规格超过3000kW，这种低速机的废气排气温度一般在310℃附近，而冷却水温度92℃，所有主机排放的总热能可以转化为制冷所必需的热源。而船上装备的废气锅炉产生的蒸汽可以用作制冷媒介。以具体的分析来表述，可以看作最开始的时候，蒸汽温度为120℃，蒸发温度为20℃，冷凝温度为32℃。废气锅炉被废气驱动，产生的蒸汽成为制冷媒介，按照设定情况制冷空调制冷功率超过50KW，满足船舶相关生活功能要求。该制冷系统是工作人员考虑到能源的消耗以及船舶运作的特点所制定出来的特殊系统，这一系统有着巨大的优点。在当下的船舶舱体之中布置喷射器，而在冷凝器内，装有空气冷凝组件在机舱之中，可以有效缩减运行消耗。在具体的运行之中，也不难看出该系统既简单易于操作同时也十分的有效。

3.小结

综上所述，当前阶段能源的大量消耗使得很多行业之中已经开始了自己的创新和改革，以此来降低能源的消耗，提高能源的利用率。在能源的开发和利用研究中，船舶制冷系统研究作为交通行业之中的重要分支，关于空调的革新大幅度的增强了船舶对于能源的利用率。这一发展有着较好的未来前景，可以推动船舶行业的不断进步。

参考文献

[1]  董景明，潘新祥，宋立国等.喷射式制冷在船舶空调中的应用研究[J].船舶工程，2011，33（1）：29-32.

[2]  郝正成.喷射式制冷在船舶空调中的应用[J].建筑工程技术与设计，2015，（20）：2423.