CN112303946A - 一种渔船用喷射压缩式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渔船用喷射压缩式制冷系统，包括供包括供热子系统、冷却水子系统、喷射式制冷子系统和压缩式制冷子系统；所述喷射式制冷子系统的热源由供热子系统提供，所述压缩式制冷子系统的冷源由所述喷射式制冷子系统提供；热源为工作流体提供热量和动能，所述供热子系统的高压工作流体抽吸来自压缩式制冷子系统的低压引射流体，还包含空调子系统。本发明结构简单，活动部件少，不易发生故障，运行所需电能少；能有效地回收渔船发动机的余热，并作为热源输入到这套热能驱动的制冷设备中，给海上工作的渔民得到源源不断的冰块，保证海产品的及时保鲜。

Description

一种渔船用喷射压缩式制冷系统

技术领域

本发明属于制冷技术领域，尤其涉及一种渔船用喷射压缩式制冷系统。

背景技术

我国海域广阔，渔业发达，因此，我国的渔业能耗也是名列前茅的，我国渔业消耗能量折算成煤的话，大约每年是2000万吨，其中捕捞业占2/3，可见，捕捞业是一项能耗非常大的行业，在出海捕鱼的过程中，如何不让海产品腐败变质是一个困扰渔民们多年的问题，在海产品运输过程中，由于运输效率的限制，海产品是非常容易在运输过程就腐败变质的，因此低温冷藏是非常有必要的。对于大多数中小型渔船而言，带冰出海是最普遍的做法，但是传统的敷冰冷藏不仅增加了渔船的重量，提高了柴油机的功耗，还给渔民增添了许多麻烦，限制了捕鱼的时限和距离。添置冰块以及燃油的损耗增加了捕鱼的成本，据统计，一艘100吨级的渔船每年买进冰块的花费就将近5万元~10万元。

现代商用渔船的柴油机平均能量利用率在30%~50%左右，其余能量主要以废热的形式散发到了大气中，因此，如何高效地利用渔船废热成了个值得深思的问题。目前船舶主要采用废气锅炉、废气涡轮增压以及海水淡化等方式对船舶废热进行利用，但仍有较大潜力值得挖掘。一般来说，燃料燃烧后产生的热量大部分是被排烟废气和缸套水（两者余热量较为接近）带走，试验得出，柴油机缸套水的出口温度一般在65~80℃，损失的热量约占柴油机产生总热量的25%，而排烟废气的温度主要在300~400℃之间，损失的热量占柴油机产生总热量的30%~37%。在柴油机工作的过程中，烟气是废热的主要输出形式，柴油机尾气在经过废气涡轮增压器后产生了高达300℃以上的高温热源，并且，该尾气中含有的硫、氮、二氧化碳等有害化合物会造成大气污染，若是不经过处理直接排放到大气中，不仅对大气环境不友好，还是较为严重的能源浪费。2011 年我国海洋捕捞渔船约有30.26万艘，年消耗柴油约820万吨，如果按柴油机的热效率按照35%来算，每年损失的热量相当于浪费了287万吨燃油能够提供的热量。因此，回收排烟废气，缸套水等低品位能对于节约资源，保护环境有着非常重要的意义。

2011年5月25日公布的公告号为CN 102072541 A的专利文献公开了一种一种蓄冷型太阳能喷射—压缩复合制冷机组，该装置利用太阳能驱动喷射器工作，为压缩式系统提供较低的冷凝温度，无论太阳能资源如何，均可有效地进行制冷、畜冷、释冷，确保满足用户侧空调负荷的要求。利用太阳能这种清洁能源制冷符合节能环保的要求，但是同时也存在蓄冷损失，前期成本过高等问题。

2016年6月22日公布的公告号为CN 105698431 A的专利文献公开了一种双热源高效压缩－喷射复合热泵系统，该装置可以自由切换制热和制冷模式，而且在两种模式下都利用了太阳能热源，制冷时，太阳能热源为发生器提供热源，以驱动喷射器工作，引射第二蒸发器的制冷工质；制热时，太阳能热源为蒸发器提供热源，提高了蒸发效率；该装置利用了太阳能这种清洁可再生能源，而且运行并不会因为太阳能的缺失而不工作，系统运行较为稳定。但它也存在一些不足，例如用户前期成本较高，太阳能的热源难以提供持续稳定的高温热源，相比于传统的制冷模式提升非常有限，而且该装置中的冷却塔内使用乙二醇溶液，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渔船用喷射压缩式制冷系统，依托现有的喷射器技术，通过喷嘴抽真空，得到一个低压的环境，并通过混合工作流体和引射流体来提升压力，采用复叠压缩式制冷保证蒸发温度达到零度以下。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种渔船用喷射压缩式制冷系统，包括供热子系统、冷却水子系统、喷射式制冷子系统、压缩式制冷子系统；

喷射式制冷子系统由发生器（2）、喷射器（5）、冷凝器（6）、储液罐（7）、电子膨胀阀（8）、中间换热器（9）和循环泵（4）组成，发生器（2）通过管路依次连接喷射器（5）、冷凝器（6）和储液罐（7），储液罐（7）后分成两路，一路连接循环泵（4），重新进入发生器（2），再进入喷射器（5）的工作流体入口；另一路依次连接电子膨胀阀（8）和中间换热器（9）进入喷射器（5）的引射流体入口；

所述喷射式制冷子系统的热源由供热子系统提供，所述压缩式制冷子系统的冷源由所述喷射式制冷子系统提供，喷射器（5）包括接受室、混合室和扩压室三段，所述接受室内设有喷嘴；

所述热源为喷射式制冷子系统工作流体提供热能，所述工作流体通过喷射器（5）的喷嘴形成真空腔以抽吸来自中间换热器（9）的低压引射流体，在所述喷射器（5）内完成内能和动能的转换，并经扩压室增大混合流体压力，而后进入冷凝器（6）进行冷凝、再进入储液罐（7）进行过冷，形成完全冷凝的制冷剂；最后，制冷剂分两路，一路进入中间换热器（9）从外界吸热，为压缩式制冷子系统提供冷源，另一路经循环泵（4）加压后，返回供热子系统重新加热完成循环。

进一步地，供热子系统由渔船柴油机（1）、翻板阀（3）和发生器（2）组成；渔船柴油机（1）释放的高温烟气通过管路依次经过翻板阀（3）和发生器（2），最后，通过管路通往外界大气。

进一步地，供热子系统还包括蒸汽锅炉（15），渔船柴油机（1）烟气通过管路依次经过翻板阀（3）和蒸汽锅炉（15），最后通过管路通往外界大气；而蒸汽锅炉（15）的高温水蒸气通过管路与发生器（2）相连，高温水蒸气在管路内循环，加热发生器（2）。

进一步地，供热子系统还包括高温换热器（16）组成，渔船柴油机（1）烟气通过管路依次经过翻板阀（3）和高温换热器（16），最后通过管路通往外界大气；高温换热器（16）的导热介质通过管路与发生器（2）相连，高温介质在管路内循环，加热发生器（2）；通过渔船柴油机（1）排出的烟气作为热源，通过管路与所述高温换热器（16）相连。

进一步地，冷却水子系统主要由冷源（13）、冷却泵（14）和冷凝器（6）组成，冷源（13）通过冷却泵（14）与冷凝器（6）连接，冷却泵（14）抽取海水作为冷源（13）通过管路进入冷凝器（6）。

进一步地，喷射式制冷子系统由发生器（2）、喷射器（5）、冷凝器（6）、中间换热器（9）、储液罐（7）、电子膨胀阀（8）和循环泵（4）组成，发生器（2）通过管路依次连接喷射器（5）、冷凝器（6）和储液罐（7），储液罐（7）分成两路，一路连接循环泵（4），重新进入发生器（2）；另一路依次连接电子膨胀阀（8）和中间换热器（9）进入喷射器（5）。

进一步地，压缩式制冷子系统由压缩机（11）、中间换热器（9）、热力膨胀阀（10）和冰桶（12）组成，压缩机通过管路依次与中间换热器（9），热力膨胀阀（10）和冰桶（12）相连，最后回到压缩机（11）完成循环。

进一步地，电子膨胀阀（8）可替代为针阀或者热力膨胀阀；所述热力膨胀阀（10）可替代为针阀或者电子膨胀阀。

进一步地，发生器（2）包括但不限于套管式换热器和板式换热器，所述高温换热器（16）内部的介质包括但不限于导热油。

进一步地，储液罐（7）和中间换热器（9）的出口之间还设有空调子系统，所述空调子系统包括空调电磁阀（19）、空调热力膨胀阀（20）、空调盘管（21）和空调风机（22）

进一步地， 所述发生器（2）和循环泵（4）之间设置第一电磁阀（23），所述循环泵（4）和电子膨胀阀（8）之间设置第二电磁阀（24）。

进一步地，所述缩机（11）出口设置减震管、压缩机（11）排气口后设置油气分离器和回油管、压缩机（11）前吸气口前设置气液分离器和过滤器。

喷射式制冷子系统使用的制冷剂为五氟丙烷R245fa、五氟丙烷R245ca、六氟丙烷R236fa或二氟乙烷R152a，压缩式制冷子系统使用的制冷剂为五氟乙烷/三氟乙烷/四氟乙烷R404A、二氟一氯甲烷R22、二氟甲烷/五氟乙烷R410A、五氟乙烷R125、二氟甲烷/五氟乙烷R407c或四氟乙烷R134a。

本发明具有的有益效果是：

（1）结构简单，活动部件少，不易发生故障；能有效地回收渔船发动机的余热，并作为热源输入到这套热能驱动的制冷设备中，实现余热回收。

（2）解决了传统压缩式制冷制冰效率低、耗电量大等问题以及制冷制冰技术性能系数易受环境因素影响的问题。

（3）对传统带冰出海的方式进行了革命性的改变，通过自身系统能够制冰，从根本上解决了冰在运输过程中的损耗，降低了带冰出海的运购冰成本和运输成本。

（4）在渔船上同时现实了空调与制冰，提高了渔民的生活条件，节约了淡水资源。

附图说明

图1为第一种渔船用喷射压缩式制冷系统示意图。

图2为第二种渔船用喷射压缩式制冷系统示意图。

图3为第三种渔船用喷射压缩式制冷系统示意图。

图4为第四种渔船用喷射压缩式制冷系统示意图。

图5为第五种渔船用喷射压缩式制冷系统示意图。

图6为第六种渔船用喷射压缩式制冷系统示意图。

附图标记：1.渔船柴油机；2.发生器；3.翻板阀；4.循环泵；5.喷射器；6.冷凝器；7.储液罐；8.电子膨胀阀；9.中间换热器；10.热力膨胀阀；11.压缩机；12.蒸发器；13.冷源；14.冷却泵；15.蒸汽锅炉；16.高温换热器；17.备用换热器；18.换向阀；19.空调电磁阀，20.空调热力膨胀阀，21.空调盘管，22.空调风机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，包括供热子系统、冷却水子系统、喷射式制冷子系统、压缩式制冷子系统；

喷射式制冷子系统由发生器2、喷射器5、冷凝器6、中间换热器9、储液罐7、电子膨胀阀8和循环泵4组成，发生器2通过管路依次连接喷射器5、冷凝器6和储液罐7，储液罐7后分成两路，一路连接循环泵4，重新进入发生器2，再进入喷射器5的工作流体入口；另一路依次连接电子膨胀阀8和中间换热器9进入喷射器5的引射流体入口；

所述喷射式制冷子系统的热源由供热子系统提供，所述压缩式制冷子系统的冷源所述喷射式制冷子系统提供，所述喷射器5包括接受室、混合室和扩压室三段，所述接受室内设有喷嘴。

热源为喷射式制冷子系统工作流体提供热能，所述工作流体通过喷射器5的喷嘴形成真空腔以抽吸来自中间换热器9的低压引射流体，在所述喷射器5内完成内能和动能的转换，并经扩压室增大混合流体压力，而后进入冷凝器6进行冷凝、再进入储液罐7进行过冷，形成完全冷凝的制冷剂，最后，制冷剂分两路，一路通过中间换热器9从外界吸热，为压缩式制冷子系统提供冷源，另一路经循环泵4加压后，返回供热子系统重新加热完成循环。

进一步地，供热子系统由渔船柴油机1、翻板阀3和发生器2组成。渔船柴油机1释放的高温烟气通过管路依次经过翻板阀3和发生器2，最后，通过管路通往外界大气。

采用渔船柴油机1排出的烟气作为热源，通过管路与喷射式制冷子系统的发生器2相连，与制冷剂换热，达到热源输入的目的；在烟气管道设置翻板阀3，在无需驱动设备工作时打开翻板阀3，让高温烟气从烟气管道排出，同时也能通过控制翻板阀3达到控制热源输入量以控制输入设备的热源输入量的大小。

或者如图2所示，供热子系统由渔船柴油机1、翻板阀3、发生器2和蒸汽锅炉15组成。渔船柴油机1烟气通过管路依次经过翻板阀3和蒸汽锅炉15，最后通过管路通往外界大气。而蒸汽锅炉15的高温水蒸气通过管路与发生器2相连，高温水蒸气在管路内循环，加热发生器2。

通过渔船柴油机排出的烟气作为热源，通过管路与一个蒸汽锅炉15的烟气管道相连，加热锅炉内部的水蒸气，得到高温高压的水蒸气，该水蒸气再通过管路与喷射式制冷子系统的发生器2相连，达到了热源稳定输入的目的；在烟气管道设置翻板阀3，在无需驱动设备工作时打开翻板阀3，让高温烟气从烟气管道排出，同时也能控制热源输入量的大小，从而控制输入设备热源输入量的大小。

再或者如图3所示，供热子系统由渔船柴油机1、翻板阀3、发生器2和高温换热器16组成。渔船柴油机1烟气通过管路依次经过翻板阀3和高温换热器16，最后通过管路通往外界大气。

高温换热器16的导热介质通过管路与发生器2相连，高温介质在管路内循环，加热发生器2。通过渔船柴油机1排出的烟气作为热源，通过管路与一个高温换热器16相连，包括但不限于套管式换热器和板式换热器，上述高温换热器16内部的介质包括但不限于导热油，高温换热器16把烟气的热量通过中间介质转移到发生器2内，达到热源输入的目的；在烟气管道设置翻板阀3，在无需驱动设备工作时打开翻板阀3，让高温烟气从烟气管道排出，同时也能控制热源输入的大小，从而控制输入设备热源输入量的大小。

优选地，冷却水子系统主要由冷源13、冷却泵14和冷凝器6组成，冷源13通过冷却泵14与冷凝器6连接，冷却泵14抽取海水作为冷源13通过管路进入冷凝器6。

冷却水子系统一方面为储液罐7提供冷量，达到冷凝器6出口制冷剂过冷的目的；另一方面带走冷凝器6中的热，使得高温的制冷剂气体完全降温冷凝成制冷剂液体。

喷射式制冷子系统由发生器2、喷射器5、冷凝器6、中间换热器9、储液罐7、电子膨胀阀和8循环泵4组成，发生器2通过管路依次连接喷射器5、冷凝器6和储液罐7，储液罐7后分成两路一路连接循环泵4，重新进入发生器2；另一路依次连接电子膨胀阀8和中间换热器9进入喷射器5。

压缩式制冷子系统由压缩机11、中间换热器9、热力膨胀阀10和冰桶12组成，压缩机通过管路依次与中间换热器9，热力膨胀阀10和冰桶12相连，最后回到压缩机11完成循环。

中间换热器9所需的冷量是由喷射式制冷子系统工作所得到的冷量，从而使压缩式制冷系统的冷凝温度较传统的压缩式制冷系统更低，使得在冰桶12中的水获得更低的蒸发温度。

同时如图4所示，设置压缩式制冷子系统的冷源备用方案，当喷射式制冷子系统出现故障，无法为压缩式制冷子系统提供冷源时，换热器17并联在中间换热器9上，输入端与冷源13连接，输出端与换向阀18连接。打开换向阀18通过冷源13为备用换热器17提供冷量。

优选地，如图5所示，储液罐7和中间换热器9的出口之间还设有空调子系统，所述空调子系统包括空调电磁阀19、空调热力膨胀阀20、空调盘管21和空调风机22。

优选地，发生器2和循环泵4之间设置第一电磁阀23，所述循环泵4和电子膨胀阀8之间设置第二电磁阀24。本实施例中，喷射式制冷子系统的制冷剂R245fa作为载冷剂，用海水冷却R245fa，R245fa再通过中间换热器9去冷却R404A。

工作原理如图6所示，正常运行的时候，第一电磁阀23打开，第二电磁阀24关闭；紧急制冰模式下：第一电磁阀23关闭，第二电磁阀24打开，完全关闭电子膨胀阀8。喷射式制冷子系统由海水冷却，从冷凝器6依次连接储液罐7、循环泵4、第二电磁阀24、中间换热器9和喷射器5形成回路。此实施例对中间换热器9的换热面积和换热系数和喷射式制冷子系统的R245fa制冷剂充注量有一定的要求。

Claims (10)

1.一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：包括供热子系统、冷却水子系统、喷射式制冷子系统、压缩式制冷子系统；

所述喷射式制冷子系统由发生器（2）、喷射器（5）、冷凝器（6）、储液罐（7）、电子膨胀阀（8）、中间换热器（9）和循环泵（4）组成，发生器（2）通过管路依次连接喷射器（5）、冷凝器（6）和储液罐（7），储液罐（7）后分成两路，一路连接循环泵（4），重新进入发生器（2），再进入喷射器（5）的工作流体入口；另一路依次连接电子膨胀阀（8）和中间换热器（9）进入喷射器（5）的引射流体入口；

所述喷射式制冷子系统的热源由供热子系统提供，所述压缩式制冷子系统的冷源由所述喷射式制冷子系统提供，喷射器（5）包括接受室、混合室和扩压室三段，所述接受室内设有喷嘴；

所述热源为喷射式制冷子系统工作流体提供热能，所述工作流体通过喷射器（5）的喷嘴形成真空腔以抽吸来自中间换热器（9）的低压引射流体，在所述喷射器（5）内完成内能和动能的转换，并经扩压室增大混合流体压力，而后进入冷凝器（6）进行冷凝、再进入储液罐（7）进行过冷，形成完全冷凝的制冷剂；最后，制冷剂分两路，一路进入中间换热器（9）从外界吸热，为压缩式制冷子系统提供冷源，另一路经循环泵（4）加压后，返回供热子系统重新加热完成循环。

2.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述供热子系统由渔船柴油机（1）、翻板阀（3）和发生器（2）组成；渔船柴油机（1）释放的高温烟气通过管路依次经过翻板阀（3）和发生器（2），最后，通过管路通往外界大气。

3.根据权利要求2所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述供热子系统还包括蒸汽锅炉（15），渔船柴油机（1）烟气通过管路依次经过翻板阀（3）和蒸汽锅炉（15），最后通过管路通往外界大气；所述蒸汽锅炉（15）的高温水蒸气通过管路与发生器（2）相连，高温水蒸气在管路内循环，加热发生器（2）。

4.根据权利要求2所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述供热子系统还包括高温换热器（16）组成，渔船柴油机（1）烟气通过管路依次经过翻板阀（3）和高温换热器（16），最后通过管路通往外界大气；高温换热器（16）的导热介质通过管路与发生器（2）相连，高温介质在管路内循环，加热发生器（2）；通过渔船柴油机（1）排出的烟气作为热源，通过管路与所述高温换热器（16）相连。

5.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述冷却水子系统由冷源（13）、冷却泵（14）和冷凝器（6）组成，所述冷源（13）通过冷却泵（14）与冷凝器（6）连接，所述冷却泵（14）抽取海水作为冷源（13）通过管路进入冷凝器（6），冷却后的海水在管路内循环。

6.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述压缩式制冷子系统由压缩机（11）、中间换热器（9）、热力膨胀阀（10）和冰桶（12）组成，压缩机（11）通过管路依次与中间换热器（9），热力膨胀阀（10）和冰桶（12）相连，最后返回压缩机（11）完成循环。

7.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述电子膨胀阀（8）可替代为针阀或者热力膨胀阀；所述热力膨胀阀（10）可替代为针阀或者电子膨胀阀。

8.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述储液罐（7）和中间换热器（9）的出口之间还设有空调子系统，所述空调子系统包括空调电磁阀（19）、空调热力膨胀阀（20）、空调盘管（21）和空调风机（22）。

9.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述发生器（2）和循环泵（4）之间设置第一电磁阀（23），所述循环泵（4）和电子膨胀阀（8）之间设置第二电磁阀（24）。

10.根据权利要求1所述的一种渔船用喷射压缩式制冷系统，其特征在于：所述缩机（11）出口设置减震管、压缩机（11）排气口后设置油气分离器和回油管、压缩机（11）前吸气口前设置气液分离器和过滤器。

Images