CN104807231A - 一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统 - Google Patents

一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统 Download PDF

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Abstract

一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，包括高温级制冷系统、低温级制冷系统、高温级冷风机热氟融霜系统和低温级冷风机热氟融霜系统。高温级冷风机热氟融霜系统包括高温级压缩机，其出口通过第一油分离器分为两路，第二路经第一电磁阀、高温级冷风机、第三电磁阀、第一减压阀、第一气液分离器、第一单向阀、第一回热器与高温级压缩机吸气口相连；低温级冷风机热氟融霜系统包括低温级压缩机，其出口通过预冷器、第二油分离器分两路，第二路经第八电磁阀、低温级冷风机、第六电磁阀、第二减压阀、第二气液分离器、第三单向阀、第二回热器与低温级压缩机吸气口相连。本发明显著效果为：制冷区间大、降温速率快、节能效果好、融霜彻底。

Description

一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统
技术领域
本发明属于制冷及低温技术领域，涉及一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，尤其涉及一种带有冷风机热氟融霜回路的可切换双级和复叠的超低温低温制冷系统。
背景技术
双级压缩制冷系统是把压缩过程分为两个阶段进行，即在冷凝压力和蒸发压力之间增加了一个中间压力；来自蒸发器的低压制冷剂蒸气先在压缩机的低压级从蒸发压力压缩至适当的中间压力，经过中间冷却后，再进入高压级，在此从中间压力压缩至冷凝压力，从而形成双级压缩。复叠式制冷系统是由两个制冷系统组成，分别称为高温部分和低温部分，高温部分使用中温中压制冷剂，低温部分使用低温高压制冷剂；高低温部分相互重合的装置是冷凝蒸发器，它既是高温部分的蒸发器，也是低温部分冷凝器，在冷凝蒸发器中，通过高温部分的中温制冷剂汽化吸热来使低温部分的制冷剂冷凝。
在制冷工程中，当蒸发温度达到-25℃以下时，只有小型制冷装置为了简化系统仍采用单级压缩制冷系统，但最低也只能达到-40℃；在较大的系统如食品冷冻加工等，制取-30℃～-60℃的蒸发温度时，普遍采用双级压缩制冷系统，当需要制取-60℃～-80℃的蒸发温度时，双级压缩制冷系统往往因为制冷剂凝固点、系统压力比、蒸发压力、运行经济性等因素的限制而不能满足要求，此时需采用复叠式制冷系统。即：双级压缩制冷系统的蒸发温度调节一般为-30℃～-60℃，复叠式制冷系统的蒸发温度调节一般为-50℃～-80℃。
为了扩大复叠制冷系统制冷温度区间，公开号为CN202973641U的专利文献公开了一种-80℃串并联自动切换复叠制冷系统，包括高温级制冷系统和低温级制冷系统，高温级压缩机出口通过高温冷凝器与储液罐连通，储液罐出口经干燥过滤器分为两路；低温级压缩机出口分为两路，所述膨胀容器出口一路与低温级压缩机进口连通，另一路通过管式交换器与低温蒸发器连通，低温蒸发器出口经油分离器与低温级压缩机进口连通。该系统运行时通过电磁阀的切换分别实现高温级（室温至-40℃）和低温级制冷（-40℃至-80℃）的温度控制，从而实现室温至-80℃的温度控制，制冷区间范围大，提高了压缩机运行效率，降低运行成本。但是，由于上述制冷系统的高温级采用单级压缩制冷系统，如前所述，在制冷工程中，当蒸发温度低于-25℃时，相应的蒸发压力也比较低，压力比p k /p o 过大，往往导致压缩机实际压缩过程偏离等熵程度较大，使压缩机的实际功耗增大，效率下降；压力比过大还将导致压缩机排气温度升高，而排气温度过高将导致润滑油变稀，甚至炭化。因此而不采用单级压缩制冷系统。
目前常规的冷风机融霜方式仍采用传统的电加热融霜，融霜时间由融霜控制器控制，电加热丝产生辐射热融化霜层。这种方法的缺点是：融霜系统消耗的功率大，并且电加热系统元件多，除霜不充分，从而使产品安全性降低。在实际情况中，往往会造成库温波动大，影响食品贮藏品质。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，通过指定电磁阀的启停，实现带有冷风机热氟融霜回路的双级压缩式制冷系统向复叠制冷系统的切换，从而达到蒸发温度在-30℃～-80℃区间内连续可调以及冷风机热氟融霜的节能效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，包括高温级制冷系统、低温级制冷系统、高温级冷风机热氟融霜系统和低温级冷风机热氟融霜系统，其特征在于，所述高温级制冷系统还是单机双级制冷系统，所述高温级制冷系统包括管路上连接的高温级压缩机、第一油分离器、第二电磁阀、水冷冷凝器、贮液器、高温级干燥过滤器、第一电子膨胀阀、中间冷却器、第一回热器、第四电磁阀、第二电子膨胀阀、第二单向阀、高温级冷风机、第十电磁阀、第六单向阀、第五电磁阀、第三电子膨胀阀、冷凝蒸发器、第五单向阀，所述高温级压缩机出口与第一油分离器入口相连，第一油分离器出口分两路，第一路经第二电磁阀与水冷冷凝器入口相连，水冷冷凝器出口与贮液器相连，贮液器出口与高温级干燥过滤器入口相连，高温级干燥过滤器出口分为两路，第一路经第一电子膨胀阀、中间冷却器与高温级压缩机连通，第二路通过中间冷却器和第一回热器一个进口相连，第一回热器的一个出口分为两路，第一路经第四电磁阀、第二电子膨胀阀、第二单向阀与高温级冷风机相连，高温级冷风机经第十电磁阀、第六单向阀、第一回热器与高温级压缩机相连，第二路经第五电磁阀、第三电子膨胀阀与冷凝蒸发器低温通道相连，冷凝蒸发器低温通道出口经第五单向阀、第一回热器与高温级压缩机相连。
低温级制冷系统包括管路上连接的低温级压缩机、预冷器、第二油分离器、第九电磁阀、冷凝蒸发器、低温级干燥过滤器、第二回热器、视液镜、第四电子膨胀阀、第四单向阀、低温级冷风机、第七电磁阀、膨胀容器，所述低温级压缩机出口通过预冷器与第二油分离器入口相连，第二油分离器出口分两路，第一路经第九电磁阀与冷凝蒸发器高温通道相连，冷凝蒸发器高温通道与低温级干燥过滤器相连，低温级干燥过滤器的出口与第二回热器一个进口相连，第二回热器一个出口经视液镜、第四电子膨胀阀、第四单向阀、低温级冷风机、第七电磁阀与低温级压缩机相连。
高温级冷风机热氟融霜系统包括管路上连接的高温级压缩机、第一油分离器、第一电磁阀、高温级冷风机、第三电磁阀、第一减压阀、第一气液分离器、第一单向阀、第一回热器，所述高温级压缩机出口与第一油分离器入口相连，第一油分离器出口分两路，第二路经第一电磁阀、高温级冷风机、第三电磁阀、第一减压阀与第一气液分离器相连，第一气液分离器出口经第一单向阀、第一回热器与高温级压缩机相连。
低温级冷风机热氟融霜系统包括管路上连接的低温级压缩机、预冷器、第二油分离器、第八电磁阀、低温级冷风机、第六电磁阀、第二减压阀、第二气液分离器、第三单向阀、第二回热器、膨胀容器，所述低温级压缩机出口通过预冷器与第二油分离器入口相连，第二油分离器出口分两路，第二路经第八电磁阀、低温级冷风机、第六电磁阀、第二减压阀与第二气液分离器相连，第二气液分离器出口经第三单向阀、第二回热器与低温级压缩机相连。
高温级压缩机和低温级压缩机是变频螺杆压缩机，可以实现无级能量调节，使系统高效节能。
高温级制冷系统是单机双级制冷系统，可以作为独立制冷系统。
高温级制冷系统中可通过启动第五电磁阀，关闭第四电磁阀，实现双级压缩制冷系统向复叠压缩制冷系统的切换。
一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的冷凝蒸发器为板式换热器。
一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的高温级制冷系统应用制冷剂R404A，低温级制冷系统应用制冷剂R23。
综合上述特点，本发明所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，通过对应电磁阀的启停，实现带有冷风机热氟融霜回路的双级压缩式制冷系统向复叠制冷系统的切换，有效扩大了复叠制冷系统制冷温度区间达到了蒸发温度在-30℃～-80℃区间内连续可调，提高了系统系统性能，具有运行稳定、节能效果明显的优点，冷风机热氟融霜在节能减排的应用上，优势明显。
附图说明
图1是本发明一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统结构示意图，也是本发明的一个具体实施例。
其中：1、高温级压缩机；2、第一油分离器；3、第一电磁阀；4、第二电磁阀；5、水冷冷凝器；6、贮液器；7、高温级干燥过滤器；8、第一电子膨胀阀；9、中间冷却器；10、第一回热器；11、第一单向阀；12、第一气液分离器；13、第一减压阀；14、第三电磁阀；15、第二单向阀；16、第二电子膨胀阀；17、第四电磁阀；18、第三电子膨胀阀；19、第五电磁阀；20、低温级干燥过滤器；21、第二回热器；22、视液镜；23、第四电子膨胀阀；24、第三单向阀；25、第二气液分离器；26、第二减压阀；27、第四单向阀；28、第六电磁阀；29、低温级冷风机；30、第七电磁阀；31、膨胀箱；32、低温级压缩机；33、预冷器；34、第八电磁阀；35、第二油分离器；36、第九电磁阀；37、冷凝蒸发器；38、第五单向阀；39、第六单向阀；40、第十电磁阀；41、高温级冷风机。
具体实施方式
为使本发明实现的操作流程与创作特征易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，包括高温级制冷系统、低温级制冷系统、高温级冷风机热氟融霜系统和低温级冷风机热氟融霜系统，其特征在于，所述高温级制冷系统还是单机双级制冷系统，所述高温级制冷系统包括管路上连接的高温级压缩机1、第一油分离器2、第二电磁阀4、水冷冷凝器5、贮液器6、高温级干燥过滤器7、第一电子膨胀阀8、中间冷却器9、第一回热器10、第四电磁阀17、第二电子膨胀阀16、第二单向阀15、高温级冷风机41、第十电磁阀40、第六单向阀39、第五电磁阀19、第三电子膨胀阀18、冷凝蒸发器37、第五单向阀38，所述高温级压缩机1出口与第一油分离器2入口相连，第一油分离器2出口分两路，第一路经第二电磁阀4与水冷冷凝器入口5相连，水冷冷凝器5出口与贮液器6相连，贮液器6出口与高温级干燥过滤器7入口相连，高温级干燥过滤器7出口分为两路，第一路经第一电子膨胀阀8、中间冷却器9与高温级压缩机1连通，第二路通过中间冷却器9和第一回热器10一个进口相连，第一回热器10的一个出口分为两路，第一路经第四电磁阀17、第二电子膨胀阀16、第二单向阀15与高温级冷风机41相连，高温级冷风机41经第十电磁阀40、第六单向阀39、第一回热器10与高温级压缩机1相连，第二路经第五电磁阀19、第三电子膨胀阀18与冷凝蒸发器37低温通道相连，冷凝蒸发器37低温通道出口经第五单向阀38、第一回热器10与高温级压缩机1相连。
低温级制冷系统包括管路上连接的低温级压缩机32、预冷器33、第二油分离器35、第九电磁阀36、冷凝蒸发器37、低温级干燥过滤器20、第二回热器21、视液镜22、第四电子膨胀阀23、第四单向阀27、低温级冷风机29、第七电磁阀30、膨胀容器31，所述低温级压缩机32出口通过预冷器33与第二油分离器35入口相连，第二油分离器35出口分两路，第一路经第九电磁阀36与冷凝蒸发器37高温通道相连，冷凝蒸发器37高温通道与低温级干燥过滤器20相连，低温级干燥过滤器20的出口与第二回热器21一个进口相连，第二回热器21一个出口经视液镜22、第四电子膨胀阀23、第四单向阀27、低温级冷风机29、第七电磁阀30与低温级压缩机32相连。
高温级冷风机热氟融霜系统包括管路上连接的高温级压缩机1、第一油分离器2、第一电磁阀3、高温级冷风机41、第三电磁阀14、第一减压阀13、第一气液分离器12、第一单向阀11、第一回热器10，所述高温级压缩机1出口与第一油分离器2入口相连，第一油分离器2出口分两路，第二路经第一电磁阀3、高温级冷风机41、第三电磁阀14、第一减压阀13与第一气液分离器12相连，第一气液分离器12出口经第一单向阀11、第一回热器10与高温级压缩机相连。
低温级冷风机热氟融霜系统包括管路上连接的低温级压缩机32、预冷器33、第二油分离器35、第八电磁阀34、低温级冷风机29、第六电磁阀28、第二减压阀26、第二气液分离器25、第三单向阀24、第二回热器21、膨胀容器31，所述低温级压缩机32出口通过预冷器33与第二油分离器35入口相连，第二油分离器35出口分两路，第二路经第八电磁阀34、低温级冷风机29、第六电磁阀28、第二减压阀26与第二气液分离器25相连，第二气液分离器25出口经第三单向阀24、第二回热器21与低温级压缩机32相连。
高温级制冷系统工作过程如下，关闭第一电磁阀3，打开第二电磁阀4，启动高温级压缩机1，R404A蒸气从高温级压缩机1排出并形成高温高压蒸气，进入第一油分离器2，润滑油和制冷剂分离，制冷剂蒸气进入水冷冷凝器5，制冷剂蒸气在水冷冷凝器5内被冷凝为液态制冷剂，然后经贮液器6、高温级干燥过滤器7分为两路，一路经第一电子膨胀阀8与中间冷却器9连通，另一路直接与中间冷却器9连通，中间冷却器9有液态和气态制冷剂两个出口，气态制冷剂和高温级压缩机1低压气缸排出的制冷剂混合后进入高压气缸，液态制冷剂进入第一回热器10被来自高温级冷风机的R404A蒸气过冷，过冷后的液态制冷剂经第四电磁阀17、第二电子膨胀阀16、第二单向阀15进入高温级冷风机41实现高温级冷风机的制冷。
根据设置制冷温度的不同，通过相应电磁阀的启停可实现双级压缩制冷系统向复叠制冷系统的切换，切换过程如下：在高温级制冷系统正常工作前提下，打开第五电磁阀19，关闭第四电磁阀17，启动低温级制冷系统，R404A液态制冷剂在冷凝蒸发器37内完成蒸发并为R23冷凝提供冷量。
低温级制冷系统工作过程如下，关闭第八电磁阀34，打开第九电磁阀36，启动低温级压缩机32，R23蒸气从低温级压缩机32排出，形成高温高压蒸气，进入预冷器33预冷放热，然后进入第二油分离器35，润滑油和制冷剂分离，制冷剂蒸气进入冷凝蒸发器37的高温通道被低温通道中的R404A液态制冷剂冷凝，而后经低温级干燥过滤器20进入第二回热器21被过冷放热，过冷后的R23液态制冷剂经液视镜22、第四电子膨胀阀23、第四单向阀27进入低温级冷风机29蒸发吸热，实现低温级冷风机29制冷。从而达到可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统的蒸发温度在-30℃～-80℃连续可调。
冷风机热氟融霜回路就是利用压缩机排出的高温高压气体，直接通过冷风机的换热器中，以融化凝结在其上的霜层而实现融霜的目的；这种融霜系统由于高温气体在冷风机的换热器内部加热，所以融霜时间短、功率消耗低、安全可靠。
高温级制冷系统融霜如下，启动第一电磁阀3、关闭第二电磁阀4，关闭第十电磁阀40、启动第三电磁阀14，关闭高温级冷风机41电机，启动高温级变频螺杆压缩机1， R404A蒸气进入高温级变频螺杆压缩机1，形成高温高压蒸气，进入油分离器2，润滑油和制冷剂分离，制冷剂蒸气经第一电磁阀3进入高温级冷风机41液化吸热开始融霜，R404A液态经第三电磁阀14、第一减压阀13、第一气液分离器12、第一减压阀11后以气态形式进入高温级变频螺杆压缩机1；
低温级制冷系统融霜如下，启动第八电磁阀34、关闭第九电磁阀36，关闭第七电磁阀30、启动第六电磁阀28，启动低温级变频螺杆压缩机32，关闭低温级冷风机29电机，R23蒸气进入低温级变频螺杆压缩机32，形成高温高压蒸气，经预冷器33进入油分离器35，润滑油和制冷剂分离，制冷剂蒸气经第八电磁阀34进入低温级冷风机29液化吸热开始融霜，R23液态经第六电磁阀28、第二减压阀26、气低温级液分离器25、第三单向阀24后以气态形式进入低温级变频螺杆压缩机32。
本发明的运行特点：在制冷过程中，可根据不同的蒸发温度需要而切换不同的制冷系统，制冷效果好，控温精确，同时本发明又符合常规复叠制冷系统启动特点，即先启动高温部分，当高温部分的蒸发温度降到足以保证低温部分的冷凝压力不超过允许的最大安全压力值时，才可以启动低温部分；在融霜过程中，为保证系统运行安全，采用了与制冷环路相反的回路运行，即高温高压制冷剂蒸气从冷风机制冷剂蒸气出口进入，吸热液化后液态制冷剂从冷风机制冷剂液态进口离开，经减压阀和气压分离器进入压缩机吸气口，避免产生气锤现象。
从以上分析可知，本发明的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，在改善复叠式制冷系统制冷温度区间窄的问题，以及改善复叠式制冷系冷风机融霜方面具有明显节能高效优势。

Claims (8)

1.一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，包括高温级制冷系统、低温级制冷系统、高温级冷风机热氟融霜系统和低温级冷风机热氟融霜系统，其特征在于：
（1）所述高温级制冷系统是单机双级制冷系统；
（2）所述高温级制冷系统包括管路上连接的高温级压缩机（1）、第一油分离器（2）、第二电磁阀（4）、水冷冷凝器（5）、贮液器（6）、高温级干燥过滤器（7）、第一电子膨胀阀（8）、中间冷却器（9）、第一回热器（10）、第四电磁阀（17）、第二电子膨胀阀（16）、第二单向阀（15）、高温级冷风机（41）、第十电磁阀（40）、第六单向阀（39）、第五电磁阀（19）、第三电子膨胀阀（18）、冷凝蒸发器（37）、第五单向阀（38）；
（3）所述高温级压缩机（1）出口与第一油分离器（2）入口相连，第一油分离器（2）出口分两路，第一路经第二电磁阀（4）与水冷冷凝器入口（5）相连，水冷冷凝器（5）出口与贮液器（6）相连，贮液器（6）出口与高温级干燥过滤器（7）入口相连，高温级干燥过滤器（7）出口分为两路，第一路经第一电子膨胀阀（8）、中间冷却器（9）与高温级压缩机（1）连通，第二路通过中间冷却器（9）和第一回热器（10）一个进口相连，第一回热器（10）的一个出口分为两路，第一路经第四电磁阀（17）、第二电子膨胀阀（16）、第二单向阀（15）与高温级冷风机（41）相连，高温级冷风机（41）经第十电磁阀（40）、第六单向阀（39）、第一回热器（10）与高温级压缩机（1）相连，第二路经第五电磁阀（19）、第三电子膨胀阀（18）与冷凝蒸发器（37）低温通道相连，冷凝蒸发器（37）低温通道出口经第五单向阀（38）、第一回热器（10）与高温级压缩机（1）相连；       
（4）所述低温级制冷系统包括管路上连接的低温级压缩机（32）、预冷器（33）、第二油分离器（35）、第九电磁阀（36）、冷凝蒸发器（37）、低温级干燥过滤器（20）、第二回热器（21）、视液镜（22）、第四电子膨胀阀（23）、第四单向阀（27）、低温级冷风机（29）、第七电磁阀（30）、膨胀容器（31）；
（5）所述低温级压缩机（32）出口通过预冷器（33）与第二油分离器（35）入口相连，第二油分离器（35）出口分两路，第一路经第九电磁阀（36）与冷凝蒸发器（37）高温通道相连，冷凝蒸发器（37）高温通道与低温级干燥过滤器（20）相连，低温级干燥过滤器（20）的出口与第二回热器（21）一个进口相连，第二回热器（21）一个出口经视液镜（22）、第四电子膨胀阀（23）、第四单向阀（27）、低温级冷风机（29）、第七电磁阀（30）与低温级压缩机（32）相连。
2.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述高温级冷风机热氟融霜系统包括管路上连接的高温级压缩机（1）、第一油分离器（2）、第一电磁阀（3）、高温级冷风机（41）、第三电磁阀（14）、第一减压阀（13）、第一气液分离器（12）、第一单向阀（11）、第一回热器（10），所述高温级压缩机（1）出口与第一油分离器（2）入口相连，第一油分离器（2）出口分两路，第二路经第一电磁阀（3）、高温级冷风机（41）、第三电磁阀（14）、第一减压阀（13）与第一气液分离器（12）相连，第一气液分离器（12）出口经第一单向阀（11）、第一回热器（10）与高温级压缩机相连。
3.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述低温级冷风机热氟融霜系统包括管路上连接的低温级压缩机（32）、预冷器（33）、第二油分离器（35）、第八电磁阀（34）、低温级冷风机（29）、第六电磁阀（28）、第二减压阀（26）、第二气液分离器（25）、第三单向阀（24）、第二回热器（21）、膨胀容器（31），所述低温级压缩机（32）出口通过预冷器（33）与第二油分离器（35）入口相连，第二油分离器（35）出口分两路，第二路经第八电磁阀（34）、低温级冷风机（29）、第六电磁阀（28）、第二减压阀（26）与第二气液分离器（25）相连，第二气液分离器（25）出口经第三单向阀（24）、第二回热器（21）与低温级压缩机（32）相连。
4.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的高温级压缩机（54）和低温级压缩机（43）是变频螺杆压缩机。
5.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的高温级制冷系统是单机双级制冷系统，可以作为独立制冷系统。
6.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的高温级制冷系统中可通过启动第五电磁阀（19），关闭第四电磁阀（17），实现双级压缩制冷系统向复叠压缩制冷系统的切换。
7.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的冷凝蒸发器（37）为板式换热器。
8.根据权利要求1所述的一种可切换双级和复叠的船用节能超低温制冷系统，其特征在于，所述的高温级制冷系统应用制冷剂R404A，低温级制冷系统应用制冷剂R23。
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