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當今社會，制冷技術與人們日常生活的關系越來越密切，其在各個領域中都得到了廣泛的應用，它直接關系到很多部門的工業(yè)生產和人們生活的需要。尤其是近年來，隨著國民經濟和人民生活水平的不斷提高，制冷和空調行業(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、低能耗的制冷系統是制冷和空調技術領域的重要課題，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中的4個主要設備，壓縮機、兩器(冷凝器、蒸發(fā)器)和節(jié)流機構，在兩器中蒸發(fā)器的性能提高尤為重要，本文經全新的視角強化蒸發(fā)器換熱，利用熱虹吸原理實現制冷劑的再循環(huán)，形成蒸發(fā)器的超倍供液，增加了液體制冷劑和蒸發(fā)管內表面的接觸，從而改善換熱，增大傳熱系數，提高蒸發(fā)器的效率。

一、技術來源

1、熱虹吸原理
虹吸現象是液態(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,容器內的水面變成相同的高度,水就會停止流動，.利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出.

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*是由大氣壓力所產生的,在真空里也能產生虹吸現象。使液體向上升的力是液體間的分子內聚力.在發(fā)生虹吸現象時,由于管內向外流的液體比流入管子內的液體多,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產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成),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部的壓力。

設想一下，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)過程是否也產生了位能差，是否可以應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)器結構及工作原理

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生密度差（位能差），此壓差產生動力，使制冷劑在管程的質量流率和循環(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)器對介質的粘度要求不高，動力粘度在0.5～50mPa.s范圍內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）。在高粘度流體的設計中，必須考慮折流板泄漏引起的換熱系數的下降。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)器管內流體的雷諾數較低,往往低于2 000,管內處于層流,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, 導致換熱效果逐漸下降。

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)器的結構與干式蒸發(fā)器的結構比較相近, 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)側的換熱系數遠高于干式蒸發(fā)器(換熱管除外) ,但是虹吸式蒸發(fā)器的驅動力主要是液柱產生的壓力。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,進而急劇降低系統的能效。比如對于 R22 來說,在- 40 ℃的蒸發(fā)溫度下, 相當于每 0. 36 m 的液柱高度,吸氣壓力會降低5 kPa, 相應蒸發(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、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過角閥、油過濾器、角閥、機械油位調節(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部的潤滑油引回壓縮機吸氣口。

本系統有兩處進行技術引進：
1、油冷卻器采用虹吸式結構
原油冷卻器冷媒控制元氣件：電磁閥、角閥、熱力膨脹閥；
采用虹吸式結構后只用電磁閥，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)領域，比如化工、橡膠、冷凍站、醫(yī)藥等，在商業(yè)領域，比如低溫冷庫等。

虹吸式蒸發(fā)技術應用的生產型企業(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，應用市場廣闊。