CN102645049A - 一种船用压缩式空调系统及其工作方法 - Google Patents

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潘博
董景明
沈波
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Abstract

本发明公开了一种船用压缩式空调系统及其工作方法，所述的系统包括压缩机、冷凝器、温控三通阀、蒸发器、节流装置、冷剂流向转换阀组、低温淡水/高温淡水选择阀组、风机、送风总管和布风器；所述的压缩机通过冷剂流向转换阀组依次连接至冷凝器、节流装置、蒸发器，最后连接回到压缩机，构成水源热泵空调系统。由于本发明利用柴油机高温淡水中的余热为热泵提供热源，减少船舶蒸汽的需求量，并减少了燃油的消耗。由于本发明夏季制冷与冬季供热由同一套设备实现，因而避免了船舶空调系统工作在冬季工况时，船舶空调压缩机闲置的情况出现，大大的提高了压缩机的利用率。本发明在满足舱室环境温度的情况下，简化了船舶蒸汽管路设计。

Description

一种船用压缩式空调系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种船用空调技术，特别是一种船用压缩式空调系统及其工作方法。
技术背景
船舶上空调主要用于向船员提供舒适的生产、生活环境。我国国标GB/T13409-92《船舶起居处所空气调节与通风设计参数和计算方法》和《钢制海船建造与入级规范（2009）》规定无限航区船舶的设计规定：冬季室内温度为22℃；夏季舱内温度为27℃等。
船舶上空调系统，依据工况不同，可分为夏季制冷工况与冬季供暖工况。
目前船舶上的空调系统，夏季工况时，多采用压缩式制冷系统向舱室提供符合标准的冷风；而冬季工况时，采用锅炉蒸汽系统提供的蒸汽加热室外空气以向舱室提供符合标准的暖风，空调系统制冷压缩机则闲置。
对于处于冬季工况中的船用空调系统，船舶在航行状态时主要依靠废气锅炉产生的蒸汽对空气进行加热；在非航行状态时，船舶依靠燃油锅炉产生蒸汽加热冷空气。若航行至寒冷海域时，一方面船用燃油需要更多的蒸汽加热以保持其流动性，另一方面过低室外温度也加大空调系统的用气量，此时除废气锅炉外，需额外使用燃油锅炉以增加供气量，上述情况势必会导致船舶燃油消耗量增加。
发明内容
为解决现有装置存在的上述问题，本发明要设计一种能充分利用船舶柴油机的余热，减少在系泊和严寒情况下燃油锅炉的耗油量，提高设备的利用率，减少船舶营运成本的船用压缩式空调系统及其工作方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种船用压缩式空调系统，包括压缩机、冷凝器、温控三通阀、蒸发器、节流装置、冷剂流向转换阀组、低温淡水/高温淡水选择阀组、风机、送风总管和布风器；所述的压缩机通过出口处的转换管路与冷剂流向转换阀组连接；所述的冷剂流向转换阀组分别通过管路与冷凝器和蒸发器连接，所述的冷凝器通过双向管路与温控三通阀连接，所述的温控三通阀经过低温淡水/高温淡水选择阀组与低温淡水管路和高温淡水管路连接，所述的冷凝器还通过管路经节流装置与蒸发器连接；所述的蒸发器为风冷式换热器，蒸发器的一侧装有风机和送风总管，蒸发器的另一侧为供风系统，供风系统上开有新风口和回风口；所述的送风总管为一送风管路，送风总管的进口正对风机，使得风机吹送的空气进入送风总管中，送风总管的出口通过分支管路连接到布风器，将合适温度的空气送至船员舱室；
所述的冷剂流向转换阀组为两位四通换向阀，安装于压缩机进、出口管路上，利用阀芯相对阀体的位移来改变阀内通道的沟通情况以实现换向功能；所述的冷凝器为水冷壳管式换热器；所述的低温淡水/高温淡水选择阀组中集成一对两位三通选择阀用以实现对冷凝器冷却介质的选择；所述的蒸发器为强制对流风冷式翅片换热器，安装于送风总管内，蒸发器一侧装有风机以实现强制对流换热；
所述的压缩机通过冷剂流向转换阀组依次连接至冷凝器、节流装置、蒸发器，最后连接回到压缩机，构成水源热泵空调系统。
一种船用压缩式空调系统的工作方法，包括以下步骤：
A、夏季制冷工况时，通过低温淡水/高温淡水选择阀组选择低温淡水作为冷凝器的冷却介质；经压缩机压缩的高温高压的气态冷剂进入冷凝器；气态冷剂在冷凝器中被低温淡水冷凝；冷凝后的液态冷剂经节流装置节流成为低温低压湿蒸汽，低温低压湿蒸汽在蒸发器中蒸发吸收空气热量；蒸发后的气态冷剂重新被压缩机吸入后压缩，完成系统循环；在蒸发器中被冷却的冷风由风机经送风总管送至布风器，分配给船员生活舱室；
B、冬季工供热工况时，通过改变冷剂流向转换阀组和低温淡水/高温淡水选择阀组中阀芯相对阀体的位置来改变系统中冷剂的流动方向及选择高温淡水作为冷凝器的冷却介质；此时，经压缩机压缩的高温高压的气态冷剂进入蒸发器；在蒸发器中被风机吹送的冷风冷凝，冷凝后的液态冷剂经过节流装置节流成低温低压的湿蒸汽，低温低压的湿蒸汽在冷凝器中蒸发吸收缸套水热量；温控三通阀根据设定的高温淡水出口温度调节进入冷凝器中高温淡水流量；在冷凝器中蒸发后的气态冷剂重新被压缩机吸入后压缩，完成系统循环；在蒸发器中吸热的暖风由风机经送风总管至布风器，分配给船员生活舱室。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明利用柴油机高温淡水中的余热为热泵提供热源，减少船舶蒸汽的需求量，并减少了燃油的消耗。
2、本发明所述的水源热泵空调系统具有较高的性能系数：制冷系数为2.9~3.4；理论供热系数可达7，实际运行为4~6。
3、由于本发明夏季制冷与冬季供热由同一套设备实现，因而避免了船舶空调系统工作在冬季工况时，船舶空调压缩机闲置的情况出现，大大的提高了压缩机的利用率。
4、由于本发明中利用水源热泵向舱室供暖，充分利用了船舶柴油机的余热，既提高了船舶柴油机的能量综合利用率，同时也省去了空调蒸汽加热管路。在满足舱室环境温度的情况下，简化了船舶蒸汽管路设计。
附图说明
本发明仅有附图1幅。
图1是船用压缩式水源热泵空调系统的示意图。
图中：1、压缩机，2、冷剂流向转换阀组，3、冷凝器，4、温控三通阀，5、低温淡水/高温淡水选择阀组，6、高温淡水管路，7、低温淡水管路，8、节流装置，9、蒸发器，10、风机，11、送风总管，12、布风器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述。如图1所示，一种船用压缩式空调系统，包括压缩机1、冷凝器3、温控三通阀4、蒸发器9、节流装置8、冷剂流向转换阀组2、低温淡水/高温淡水选择阀组5、风机10、送风总管11和布风器12；所述的压缩机1通过出口处的转换管路与冷剂流向转换阀组2连接；所述的冷剂流向转换阀组2分别通过管路与冷凝器3和蒸发器9连接，所述的冷凝器3通过双向管路与温控三通阀4连接，所述的温控三通阀4经过低温淡水/高温淡水选择阀组5与低温淡水管路7和高温淡水管路6连接，所述的冷凝器3还通过管路经节流装置8与蒸发器9连接；所述的蒸发器9为风冷式换热器，蒸发器9的一侧装有风机10和送风总管11，蒸发器9的另一侧为供风系统，供风系统上开有新风口和回风口；所述的送风总管11为一送风管路，送风总管11的进口正对风机10，使得风机10吹送的空气进入送风总管11中，送风总管11的出口通过分支管路连接到布风器12，将合适温度的空气送至船员舱室；
所述的冷剂流向转换阀组2为两位四通换向阀，安装于压缩机1进、出口管路上，利用阀芯相对阀体的位移来改变阀内通道的沟通情况以实现换向功能；所述的冷凝器3为水冷壳管式换热器；所述的低温淡水/高温淡水选择阀组5中集成一对两位三通选择阀用以实现对冷凝器3冷却介质的选择；所述的蒸发器9为强制对流风冷式翅片换热器，安装于送风总管11内，蒸发器9一侧装有风机10以实现强制对流换热；
所述的压缩机1通过冷剂流向转换阀组2依次连接至冷凝器3、节流装置8、蒸发器9，最后连接回到压缩机1，构成水源热泵空调系统。
一种船用压缩式空调系统的工作方法，包括以下步骤：
A、夏季制冷工况时，通过低温淡水/高温淡水选择阀组5选择低温淡水作为冷凝器3的冷却介质；经压缩机1压缩的高温高压的气态冷剂进入冷凝器3；气态冷剂在冷凝器3中被低温淡水冷凝；冷凝后的液态冷剂经节流装置8节流成为低温低压湿蒸汽，低温低压湿蒸汽在蒸发器9中蒸发吸收空气热量；蒸发后的气态冷剂重新被压缩机1吸入后压缩，完成系统循环；在蒸发器9中被冷却的冷风由风机10经送风总管11送至布风器12，分配给船员生活舱室；
B、冬季工供热工况时，通过改变冷剂流向转换阀组2和低温淡水/高温淡水选择阀组5中阀芯相对阀体的位置来改变系统中冷剂的流动方向及选择高温淡水作为冷凝器3的冷却介质；此时，经压缩机1压缩的高温高压的气态冷剂进入蒸发器9；在蒸发器9中被风机10吹送的冷风冷凝，冷凝后的液态冷剂经过节流装置8节流成低温低压的湿蒸汽，低温低压的湿蒸汽在冷凝器3中蒸发吸收缸套水热量；温控三通阀4根据设定的高温淡水出口温度调节进入冷凝器3中高温淡水流量；在冷凝器3中蒸发后的气态冷剂重新被压缩机1吸入后压缩，完成系统循环；在蒸发器9中吸热的暖风由风机10经送风总管11至布风器12，分配给船员生活舱室。

Claims (2)

1.一种船用压缩式空调系统，其特征在于：包括压缩机（1）、冷凝器（3）、温控三通阀（4）、蒸发器（9）、节流装置（8）、冷剂流向转换阀组（2）、低温淡水/高温淡水选择阀组（5）、风机（10）、送风总管（11）和布风器（12）；所述的压缩机（1）通过出口处的转换管路与冷剂流向转换阀组（2）连接；所述的冷剂流向转换阀组（2）分别通过管路与冷凝器（3）和蒸发器（9）连接，所述的冷凝器（3）通过双向管路与温控三通阀（4）连接，所述的温控三通阀（4）经过低温淡水/高温淡水选择阀组（5）与低温淡水管路（7）和高温淡水管路（6）连接，所述的冷凝器（3）还通过管路经节流装置（8）与蒸发器（9）连接；所述的蒸发器（9）为风冷式换热器，蒸发器（9）的一侧装有风机（10）和送风总管（11），蒸发器（9）的另一侧为供风系统，供风系统上开有新风口和回风口；所述的送风总管（11）为一送风管路，送风总管（11）的进口正对风机（10），使得风机（10）吹送的空气进入送风总管（11）中，送风总管（11）的出口通过分支管路连接到布风器（12），将合适温度的空气送至船员舱室；
所述的冷剂流向转换阀组（2）为两位四通换向阀，安装于压缩机（1）进、出口管路上，利用阀芯相对阀体的位移来改变阀内通道的沟通情况以实现换向功能；所述的冷凝器（3）为水冷壳管式换热器；所述的低温淡水/高温淡水选择阀组（5）中集成一对两位三通选择阀用以实现对冷凝器（3）冷却介质的选择；所述的蒸发器（9）为强制对流风冷式翅片换热器，安装于送风总管（11）内，蒸发器（9）一侧装有风机（10）以实现强制对流换热；
所述的压缩机（1）通过冷剂流向转换阀组（2）依次连接至冷凝器（3）、节流装置（8）、蒸发器（9），最后连接回到压缩机（1），构成水源热泵空调系统。
2.一种船用压缩式空调系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、夏季制冷工况时，通过低温淡水/高温淡水选择阀组（5）选择低温淡水作为冷凝器（3）的冷却介质；经压缩机（1）压缩的高温高压的气态冷剂进入冷凝器（3）；气态冷剂在冷凝器（3）中被低温淡水冷凝；冷凝后的液态冷剂经节流装置（8）节流成为低温低压湿蒸汽，低温低压湿蒸汽在蒸发器（9）中蒸发吸收空气热量；蒸发后的气态冷剂重新被压缩机（1）吸入后压缩，完成系统循环；在蒸发器（9）中被冷却的冷风由风机（10）经送风总管（11）送至布风器（12），分配给船员生活舱室；
B、冬季工供热工况时，通过改变冷剂流向转换阀组（2）和低温淡水/高温淡水选择阀组（5）中阀芯相对阀体的位置来改变系统中冷剂的流动方向及选择高温淡水作为冷凝器（3）的冷却介质；此时，经压缩机（1）压缩的高温高压的气态冷剂进入蒸发器（9）；在蒸发器（9）中被风机（10）吹送的冷风冷凝，冷凝后的液态冷剂经过节流装置（8）节流成低温低压的湿蒸汽，低温低压的湿蒸汽在冷凝器（3）中蒸发吸收缸套水热量；温控三通阀（4）根据设定的高温淡水出口温度调节进入冷凝器（3）中高温淡水流量；在冷凝器（3）中蒸发后的气态冷剂重新被压缩机（1）吸入后压缩，完成系统循环；在蒸发器（9）中吸热的暖风由风机（10）经送风总管（11）至布风器（12），分配给船员生活舱室。
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