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當(dāng)今社會，制冷技術(shù)與人們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系越來越密切，其在各個領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，它直接關(guān)系到很多部門的工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的需要。尤其是近年來，隨著國民經(jīng)濟和人民生活水平的不斷提高，制冷和空調(diào)行業(yè)得到迅速的發(fā)展，與此同時也造成能耗的大幅度增加，缺電、缺油、缺煤，此類信息諸見報端的頻率不斷升級，資料表明暖通空調(diào)能耗約占我國總能耗的22.75%，并有逐漸上升的趨勢，在我國經(jīng)濟保持快速增長的同時，重要能源的緊缺正逐步成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。因此，開發(fā)和研制高性能、低能耗的制冷系統(tǒng)是制冷和空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域的重要課題，也是“可持續(xù)發(fā)展”國策的迫切要求。

制冷裝置的節(jié)能研究主要集中于系統(tǒng)中的4個主要設(shè)備，壓縮機、兩器(冷凝器、蒸發(fā)器)和節(jié)流機構(gòu)，在兩器中蒸發(fā)器的性能提高尤為重要，本文經(jīng)全新的視角強化蒸發(fā)器換熱，利用熱虹吸原理實現(xiàn)制冷劑的再循環(huán)，形成蒸發(fā)器的超倍供液，增加了液體制冷劑和蒸發(fā)管內(nèi)表面的接觸，從而改善換熱，增大傳熱系數(shù)，提高蒸發(fā)器的效率。

一、技術(shù)來源

1、熱虹吸原理
虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升后再流到低處.由于管口水面承受不同的大氣壓力,水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內(nèi)的水面變成相同的高度,水就會停止流動，.利用虹吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出.

虹吸管是人類的一種古老發(fā)明,早在公元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管。

事實上,虹吸作用并不*是由大氣壓力所產(chǎn)生的,在真空里也能產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象。使液體向上升的力是液體間的分子內(nèi)聚力.在發(fā)生虹吸現(xiàn)象時,由于管內(nèi)向外流的液體比流入管子內(nèi)的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會繼續(xù)沿一個方向流動.在液體流入管子里,越往上壓力就越低.如果液體上升的管子很高,壓力會降低到使管內(nèi)產(chǎn)生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構(gòu)成),虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的.因為氣泡會使液體斷開,氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0,從而破壞了虹吸作用,因此管子一定要裝滿水.在正常的大氣壓下,虹吸管的作用比在真空時好,因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內(nèi)部的壓力。

設(shè)想一下，我們公司的冷水機組，蒸發(fā)器進口為液體，出口為過熱氣體，整個蒸發(fā)過程是否也產(chǎn)生了位能差，是否可以應(yīng)用虹吸原理完成整個蒸發(fā)過程，答案是可以的。

2、虹吸式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及工作原理

虹吸蒸發(fā)器由兩部分組成，上部為氣液分離器，下部為虹吸式蒸發(fā)器（如圖1所示），屬于重力型再循環(huán)蒸發(fā)器。節(jié)流后的制冷劑液體進入氣液分離器，其中保持一定的靜液壓力，憑借重力向蒸發(fā)器供液，液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱，部分氣化使進出口液體產(chǎn)生密度差（位能差），此壓差產(chǎn)生動力，使制冷劑在管程的質(zhì)量流率和循環(huán)倍率提高。這種由于相變引起密度改變的自循環(huán)現(xiàn)象叫熱虹吸。

二、虹吸式蒸發(fā)器的優(yōu)勢：

1、干式蒸發(fā)器
  干式蒸發(fā)器對介質(zhì)的粘度要求不高，動力粘度在0.5～50mPa.s范圍內(nèi)都可以取得較好的效果，例如：二氯甲烷液體（-5℃，5bar時的粘度只有0.56mPa.s）50%（v/v）的丙二醇溶液（-15℃時的粘度達到50 mPa.s）。在高粘度流體的設(shè)計中，必須考慮折流板泄漏引起的換熱系數(shù)的下降。高粘度流體（粘度大于20 mPa.s）的流速一般低于0. 5 m/ s, 即便是按 GB 151 - 1999 設(shè)計折流板與圓筒之間的間隙和換熱管與折流板之間的間隙,其泄漏率一般也會超過20%。

2、滿液式蒸發(fā)器
   滿液式蒸發(fā)器具有、 穩(wěn)定的特點,常用的溫度范圍為+ 40~ - 60 e 。中大型離心式冷水機組、 螺桿式冷水機組一般選用滿液式蒸發(fā)器, 在中大型工業(yè)冷凍領(lǐng)域, 低黏度流體(動力黏度低于6 mPa . s) 的換熱也選擇滿液式蒸發(fā)器, 即便是分批次的反應(yīng)釜冷卻, 滿液式蒸發(fā)器也可以達到令人滿意的效果。對于高黏度流體( 動力黏度高于6 mPa . s) ,由于滿液式蒸發(fā)器管內(nèi)流體的雷諾數(shù)較低,往往低于2 000,管內(nèi)處于層流,傳熱可想而知非常低,這樣引起了熱阻分配的不平衡, 比如管內(nèi)的熱阻占90%以上。滿液式蒸發(fā)器一般采用液位控制的方式,在實際應(yīng)用中, 控制冷凝器液位或直接控制蒸發(fā)器的液位都是不錯的選擇。滿液式蒸發(fā)器由于是大空間沸騰,自然回油比較困難, 所以滿液式蒸發(fā)器必須考慮回油問題, 否則長時間運行以后,過多的潤滑油會累積到低溫側(cè), 導(dǎo)致?lián)Q熱效果逐漸下降。

3、虹吸式蒸發(fā)器
對于中大型的高黏度流體的換熱, 虹吸式蒸發(fā)器是非常好的選擇。虹吸式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與干式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)比較相近, 不同之處是虹吸式蒸發(fā)器進口為過冷液體, 出口為氣液混合物; 干式蒸發(fā)器進口為氣液混合物, 出口為過熱氣體。從計算機模擬情況來看, 同一工況下,虹吸式蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)的換熱系數(shù)遠高于干式蒸發(fā)器(換熱管除外) ,但是虹吸式蒸發(fā)器的驅(qū)動力主要是液柱產(chǎn)生的壓力。液柱高度的存在會影響壓縮機的吸氣壓力, 尤其大,非常小的壓差就有可能引起飽和溫度大的變化,進而急劇降低系統(tǒng)的能效。比如對于 R22 來說,在- 40 ℃的蒸發(fā)溫度下, 相當(dāng)于每 0. 36 m 的液柱高度,吸氣壓力會降低5 kPa, 相應(yīng)蒸發(fā)溫度降低 1 ℃ 以上。因此, 在低溫情況下一定要注意壓縮機吸氣壓降。潤滑油對虹吸式蒸發(fā)器的運行影響比較小,因為富油層一般位于氣液分離器上部,對換熱管幾乎沒有多大影響。
在動力黏度> 6 mPa. s 的介質(zhì)、分批次冷卻的冷凍水或其他流體，這兩條件中虹吸式蒸發(fā)器是*選擇。冷凍水0℃以下常用的載冷劑有40%乙二醇溶液、鹽水。

三、系統(tǒng)原理圖

1、制冷劑主要流向：制冷劑從壓縮機排氣口出來后進入油分離器，再從油分離器出來后進入冷凝器，從冷凝器出后依次經(jīng)過角閥、干燥過濾器、角閥、視液鏡到達節(jié)流裝置。從節(jié)流裝置出來后分成二路，一路直接進入氣液分離器；另一路進入浮球閥。節(jié)流后的液態(tài)制冷劑從氣液分離器進入虹吸式蒸發(fā)器，再從虹吸式蒸發(fā)器回到氣液分離器，zui后從氣液分離器回到壓縮機吸氣口。

2、油分離器回油：潤滑油從油分離器出來后依次經(jīng)過角閥、油過濾器、角閥、機械油位調(diào)節(jié)器、視液鏡，回到壓縮機吸氣口。

3、油冷卻器制冷劑流向：制冷劑從氣液分離器出來后進入油冷卻器，再回到氣液分離器。

4、氣液分離器回油：采用引射回油的方法，從冷凝器引出一路高壓氣體通過引射泵將氣液分離器內(nèi)部的潤滑油引回壓縮機吸氣口。

本系統(tǒng)有兩處進行技術(shù)引進：
1、油冷卻器采用虹吸式結(jié)構(gòu)
原油冷卻器冷媒控制元氣件：電磁閥、角閥、熱力膨脹閥；
采用虹吸式結(jié)構(gòu)后只用電磁閥，節(jié)省角閥、熱力膨脹閥。
2、節(jié)流、液面控制采用一體式。

 

四、市場前景

在世界各國的市場上，在工業(yè)領(lǐng)域，比如化工、橡膠、冷凍站、醫(yī)藥等，在商業(yè)領(lǐng)域，比如低溫冷庫等。

虹吸式蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用的生產(chǎn)型企業(yè)主要有：大冷、武新制冷、上海寶豐機械、臺佳機電等。

目前虹吸式低溫冷水機組市場還屬于藍海市場，虹吸式低溫冷水機組具有顯著優(yōu)點，不僅得到國家政策的支持，還漸漸深入各行各業(yè)，其未來的發(fā)展趨勢明顯，應(yīng)用市場廣闊。