CN108592486A - 一种冷库制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷库制冷系统，该冷库制冷系统包括第一制冷循环系统和第二制冷循环系统，所述第一制冷循环系统包括主制冷机组、蒸发冷凝器和主制冷机组换热器，所述第二制冷循环系统包括蓄冷水池、冷冻泵、调节站和冷库间换热器，所述蓄冷水池、冷冻泵、调节站和冷库间换热器及其相连的管道中使用中冷液填充，所述中冷液为甲酸钾‑季戊四醇‑可水分散多异氰酸酯‑水系载冷剂，所述第一制冷循环系统中的主制冷机组换热器完全浸没在第二制冷循环系统的蓄冷水池中的中冷液中。
Description
技术领域
本发明涉及低温制冷技术领域，尤其涉及一种冷库制冷系统。
背景技术
目前食品安全及冷链建设进入了高速发展期，冷库作为食品低温流通的中枢环节，对于整个冷链的各个环节都至关重要。对于大型冷库现有技术中主要使用液氨和氟利昂作为制冷剂进行制冷。
液氨制冷系统一般由制冷机组、氨油分离器、高压储液器、冷凝器、低压循环储液桶、集油器、氨泵和冷风机等组成，虽然液氨制冷效率较高，且运营成本较低，但这种系统管路复杂，操作管理难度大，对操作人员的专业水平要求很高，同时由于难于实现自动化，系统需要有操作人员24小时值班操作管理。并且存在直接蒸发系统中回油难、液氨容易泄漏的问题，一旦氨气出现泄漏极易出现爆炸事故。
氟制冷系统在建设初期投入成本高，且同样作为直接蒸发系统，氟利昂中需要混合润滑油，当制冷系统室外机连接铜管的垂直高度或总长度增加时，会造成制冷系统严重的回油不畅，从而引起制冷效率的大幅降低，同时导致耗电量的大幅升高。并且，氟利昂制冷剂在出现泄漏时无明显特征，因此在补漏和填充制冷剂上会大幅提高运营成本。
由此可见，本领域中目前急需一种能够实现安全运行、具有较高制冷效率且大幅降低运营成本的冷库制冷系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种使用中冷液制冷的间接制冷系统，从而取代液氨制冷剂，避免由液氨泄漏造成的安全隐患。
本发明所要解决的技术问题还包括提供一种能够具有较高制冷效率，且实现低成本运营的冷库制冷系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种冷库制冷系统，该冷库制冷系统包括第一制冷循环系统和第二制冷循环系统，所述第一制冷循环系统包括主制冷机组、蒸发冷凝器和主制冷机组换热器，所述第二制冷循环系统包括蓄冷水池、冷冻泵、调节站和冷库间换热器，所述蓄冷水池、冷冻泵、调节站和冷库间换热器及其相连的管道中使用中冷液填充，所述中冷液为甲酸钾-季戊四醇-可水分散多异氰酸酯-水系载冷剂，所述第一制冷循环系统中的主制冷机组换热器完全浸没在第二制冷循环系统的蓄冷水池中的中冷液中。
在一个实施例中，所述主制冷机组采用半封闭螺杆压缩机，制冷剂采用R404A。
在一个实施例中，所述主制冷机组换热器采用16Mn钢管的盘管式换热器。
在一个实施例中，所述调节站包括出液阀门调节器和进液阀门调节器，且对每个冷库间出液阀门调节器和进液阀门调节器中均设置有相对应的一个阀门组。
在一个实施例中，所述中冷液的具体成分为由质量比30％～45％的甲酸钾、15％～27％的季戊四醇、10％～18％的可水分散多异氰酸酯、0～3％的丙二醇、0～2％脱氢乙酸钠、0～2％山梨酸钾和15％～25％的蒸馏水构成。
在一个实施例中，所述蓄冷水池其内层为0.5mm碳钢板，外层为300mm聚氨酯保温层。
在一个实施例中，所述冷库间换热器采用顶排管式换热器。
在一个实施例中，所述冷库制冷系统还包括融霜循环，该融霜循环包括热能回收器和融霜泵。
在一个实施例中，所述冷库制冷系统可对指定冷库间实施融霜，同时保持对其他冷库间的制冷。
在一个实施例中，所述热能回收器采用管壳式换热器。
<第一制冷循环系统>
本发明的第一制冷循环系统包括主制冷机组、主制冷机组换热器以及蒸发冷凝器。第一制冷循环系统的作用在于对蓄冷水池中的中冷液进行制冷，使中冷液达到预期温度。本发明中第一制冷循环系统可使用直接蒸发制冷系统，例如，使用氟利昂作为制冷剂的制冷系统，或者也使用液氨作为制冷剂的制冷系统。主制冷机组中包括压缩机和节流阀，所述压缩机可使用半封闭螺杆压缩机或半封螺杆压缩机。
第一制冷循环系统中所使用的主制冷机组换热器可选盘管式换热器、板式换热器或其组合。
<第二制冷循环系统>
本发明的第二制冷循环系统中蓄冷水池、调节站、冷库间换热器以及其相互连接的管道中所流动的均为甲酸钾-季戊四醇-可水分散多异氰酸酯-水系中冷液。该中冷液的具体组分为质量比30％～45％的甲酸钾、15％～27％的季戊四醇、10％～18％的可水分散多异氰酸酯、0～3％的丙二醇、0～2％脱氢乙酸钠、0～2％山梨酸钾和15％～25％的蒸馏水构成。该中冷液的密度在1.04～1.36g/cm3，比热在0.56～0.746cal/g·℃，粘度在2.9～15.9mPa·s(cp)，导热率在0.21～0.47W/m.K，沸点大于150℃，冰点小于-60℃，无闪点。该中冷液中由于无需混合润滑油使用，避免了由回油困难造成的制冷系统能耗增加。
根据所需制冷冷库的容积，以49500m3冷库为例，第二制冷循环系统中蓄冷水池的容积应不小于60m3。蓄冷水池其内层为0.5mm碳钢板，外层为300mm聚氨酯保温层。
第二制冷循环的调节站中具有出液阀门调节器和进液阀门调节器，针对每个冷库间出液阀门调节器和进液阀门调节器均设置有相对应的一组阀门组。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
1.本发明没有使用大量液氨进行制冷，避免了由液氨泄露带来的安全隐患。
2.本发明中使用中冷液及蓄冷水池对冷库制冷，大大提高了冷库蓄冷能力，从而使得制冷机组停机后，库温回升缓慢。有效降低了制冷系统能耗。
3.本发明中可以对制冷循环系统实施高效的自动化控制，再次提高了整个制冷系统的节能效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明制冷系统的系统结构示意图；
图2是根据本发明制冷系统的调节站结构示意图；
图3是根据本发明与液氨制冷系统的降温速率对比曲线；
图4是根据本发明与液氨制冷系统的累计耗电量对比曲线；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
图1是根据本发明一实施例的系统结构示意图。下面结合图1对本实施例进行说明。
本实施例的冷库制冷系统包括第一制冷循环系统及第二制冷循环系统，所述第一制冷循环系统包括主制冷机组1、蒸发冷凝器2和主制冷机组换热器3，所述第二制冷循环系统包括蓄冷水池5、调节站6、冷冻泵7和冷库间换热器8。本实施例中所述主制冷机组1使用半封闭螺杆压缩机，针对储量为15000吨、冷库容积50000m3的冷冻库，当库温设置为-22℃时，需要采用单机功率为165KW的半封闭螺杆压缩机3台并联使用。第一制冷循环系统中所使用的制冷剂为R404A，蒸发冷凝器3台工况排热量为960KW的顺流式蒸发冷凝器，所述主制冷机组换热器使用16Mn钢管的盘管式换热器。所述第二制冷循环系统中的蓄冷水池5的容积为60m3，该蓄冷水池5其内层为0.5mm碳钢板，外层为300mm聚氨酯保温层。冷冻泵7采用功率为22KW的变频电机带动的离心泵。冷库间换热器8根据冷库间的物理参数以及制冷参数需求可采用排管式换热器，风冷式换热器。图2为本实施例中调节站6的结构示意图，所述调节站6包括出液阀门调节器61和进液阀门调节器62两部分，针对具有8个冷库间的大型冷库，出液阀门调节器61和进液阀门调节器62均设置有8组阀门，出液阀门调节器61和进液阀门调节器62的每组阀门均对应于一个冷库间。在调节站6中设置有多个接口，其中第一接口601用于与冷冻泵7的出液口连接，第二接口602用于与蓄冷水池的进液口相连，第三接口603与冷库间换热器入口相连，第四接口604与冷库间换热器出口相连，第五接口605与热能回收器4的输出口相连，第六接口606与融霜泵9输入口相连。
本实施例中第一制冷循环系统的主制冷机组换热器完全浸没在蓄冷水池中存储的中冷液中，本实施例所使用的中冷液的组分为质量比38％的甲酸钾、21％的季戊四醇、16.9％的可水分散多异氰酸酯、1.55％的丙二醇、1.45％脱氢乙酸钠、1.1％山梨酸钾和20％的蒸馏水构成。
本实施例的制冷运行过程如下：在电价峰谷时段，启动主制冷机组1，利用第一制冷循环系统对蓄冷水池5中的中冷液进行制冷，当目标库温设置为-22℃时，第一制冷循环系统需将蓄冷水池5中的中冷液温度降至-30℃。同时，调节站6关闭第五接口和第六接口，打开第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，利用冷冻泵7将蓄冷水池5中的中冷液经出液阀门调节器61输送至个冷库间换热器8，中冷液经过冷库间换热器8后经进液阀门调节器62返回蓄冷水池5。当蓄冷水池5中的中冷液达到-30℃时，关闭主制冷机组1。当库温达到-22℃时，关闭调节站6的第一接口601、第二接口602、第三接口603和第四接口604。随后，保持对库温的监测，当库温高于-16℃时，则打开第一接口601、第二接口602、第三接口603和第四接口604，并启动冷冻泵7，将蓄冷水池5中的低温中冷液经出液阀门调节器61输送至个冷库间换热器8。当库温再次达到-22℃时，再次关闭调节站6的第一接口601、第二接口602、第三接口603、第四接口604以及冷冻泵7。当蓄冷水池5中的中冷液温度高于-21℃时，再次启动主制冷机组1，将蓄冷水池5中的中冷液降至-30℃。如在整个电价峰值时段，蓄冷水池5中的中冷液未高于-21℃，则在下一个电价峰谷时段到来后，第一制冷循环主动开机，将蓄冷水池5中的中冷液降至-30℃。
本实施例的制冷系统在进行热冲霜时，可以逐一对冷库间进行热冲霜处理。例如，对第一冷库间进行热冲霜处理使，将第一接口601、第二接口602、第五接口605和第六接口606全部打开，将第三接口603及第四接口604中用于控制第一冷库间的阀门组调节成断开与蓄冷水池5之间的中冷液循环，而使中冷液经融霜泵9输入到热能回收器4，利用热能回收器4中的管壳式换热器将第一制冷循环系统中的制冷剂的热量传递给中冷液，使中冷液温度达到25℃，再将中冷液输入第一冷库间换热器，进行融霜。为了节约能耗，融霜操作可以设置成与第一制冷系统的主制冷机组1启动对蓄冷水池制冷时同步进行，从而避免专门启动主制冷机组1进行融霜操作。
针对负载为冷库容积50000m3的冷冻库，库温设定为-22℃，设定当库温上升到-16℃时开启机组进行制冷。则根据上述负载制冷需求，在使用液氨制冷系统时，需使用输入功率为132KW的单机双级活塞压缩机3台，输入功率为13.5KW的冷凝器2台，输入功率为16KW的氨泵4台，对于同样的负载制冷需求，在使用本发明的制冷系统时，需使用输入功率为165KW的低温冷水螺杆机组3台，输入功率为11KW的蒸发冷凝器3台，输入功率为22KW的冷冻泵3台以及输入功率为11KW的融霜泵1台。
图3为本实施例制冷系统将库温由-16℃拉至-22℃所需运行时间与传统液氨制冷系统将库温由-16℃拉至-22℃所需运行时间的对比，从图3中可以看出，当本发明的制冷系统中的蓄冷水池5中的中冷液已经降温到-30℃以后，在本发明的制冷系统进入平稳运行阶段时，本发明的制冷系统仅需要机组运行2.5小时即可将库温由-16℃拉至-22℃，而相对于传统的液氨制冷系统，则需要4小时将库温由-16℃拉至-22℃。
根据上述两系统各自所使用的设备的输入功率参数，以及由图3所示的两系统所需运行时间，可知两系统同在每天峰谷电价时段将库温由-16℃拉至-22℃以满足24小时内冷库制冷需求时，使用液氨制冷系统的耗电量为每天1948KW·h，而使用本发明的制冷系统仅需要1501KW·h。
图4是使用本发明的制冷系统持续运行的累计耗电量与液氨制冷系统持续运行的累计耗电量对比。从图4中可以看出，本发明的制冷系统在运行初期由于需要将第二制冷循环系统中的中冷液降温至-30℃，所以造成初期系统耗电量较高。但由于系统平稳运行后本发明每日制冷耗电量较低，因此在持续运行一段时间后本发明的制冷系统累计耗电量逐渐低于液氨制冷系统，如图4所示，在本发明制冷系统在持续运行至18天以后，本发明制冷系统的耗电总量已经低于传统液氨制冷系统的耗电总量。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种冷库制冷系统，其特征在于，该冷库制冷系统包括第一制冷循环系统和第二制冷循环系统，所述第一制冷循环系统包括主制冷机组、蒸发冷凝器和主制冷机组换热器，所述第二制冷循环系统包括蓄冷水池、冷冻泵、调节站和冷库间换热器，所述蓄冷水池、冷冻泵、调节站和冷库间换热器及其相连的管道中使用中冷液填充，所述中冷液为包含甲酸钾和可水分散多异氰酸酯的载冷剂，所述第一制冷循环系统中的主制冷机组换热器完全浸没在第二制冷循环系统的蓄冷水池中的中冷液中。
2.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述主制冷机组采用半封闭螺杆压缩机，制冷剂采用R404A。
3.如权利要求2所述的制冷系统，其特征在于，所述主制冷机组换热器采用16Mn钢管的盘管式换热器。
4.如权利要求3所述的制冷系统，其特征在于，所述调节站包括出液阀门调节器和进液阀门调节器，且对每个冷库间出液阀门调节器和进液阀门调节器中均设置有相对应的一个阀门组。
5.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述中冷液的具体成分为由质量比30％～45％的甲酸钾、15％～27％的季戊四醇、10％～18％的可水分散多异氰酸酯、0～3％的丙二醇、0～2％脱氢乙酸钠、0～2％山梨酸钾和15％～25％的蒸馏水构成。
6.如权利要求5所述的制冷系统，其特征在于，所述蓄冷水池包括碳钢板内层及聚氨酯保温外层。
7.如权利要求6所述的制冷系统，其特征在于，所述冷库间换热器采用顶排管式换热器。
8.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述冷库制冷系统还包括融霜循环，该融霜循环包括热能回收器和融霜泵。
9.如权利要求8所述的制冷系统，其特征在于，所述冷库制冷系统可对指定冷库间实施融霜，同时保持对其他冷库间的制冷。
10.如权利要求8所述的制冷系统，其特征在于，所述热能回收器采用管壳式换热器。
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