CN204730505U - 一种新型三级压缩超低温制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种新型三级压缩超低温制冷装置，由单机双级压缩机、第一、第二油分离器、机械过滤器、船用冷凝器、中间冷却器、第一、第二节流装置、干燥冷却器、蒸发器、气液分离器组成一次节流中间不完全冷却单机双级压缩制冷系统，并在单机双级压缩机与蒸发器之间串联设置单级压缩机。本实用新型主要解决渔船用单机双级压缩系统在超低温制冷工况下压缩比过大，双级压缩机长期处于满负荷甚至超负荷运行状况的问题，其采用的技术方案是：通过在单机双级压缩机与蒸发器之间串联设置一个单级压缩机来降低单机双级压缩机在制取超低温时的压缩比，提高压缩机使用效率，且系统运行更加节能。

Description

一种新型三级压缩超低温制冷装置

技术领域

本实用新型属于制冷及低温领域，涉及一种新型三级压缩超低温制冷装置，尤其涉及一种船用三级压缩超低温制冷系统。

背景技术

在远洋渔业作业过程中，多数的珍贵渔获物均需要低温甚至超低温冻结保藏保鲜，如南极磷虾采用-40℃冻结，-35℃冷藏；金枪鱼采用-55℃冻结，-50℃冷藏等。为了更好的保存渔获物的品质，制取超低温环境成为远洋渔船的必备条件之一。

目前，常用来制取超低温环境的制冷系统有两种：双级压缩制冷系统和复叠压缩制冷系统。理论上，复叠压缩制冷系统可制取的低温范围较双级压缩制冷系统而言要低很多，但复叠压缩制冷系统采用的制冷剂通常由2种或2种以上沸点相差较大制冷剂混合，混合制冷剂的成分比例以及成分的变化将直接影响系统的运行性能，因而复叠压缩制冷系统对于制冷剂的泄露非常敏感，在现有技术情况下，复叠压缩制冷系统在渔船所处的摇摆环境下运行时还存在诸多问题，因而大多数渔船目前一般采用双级压缩制冷系统。理论上单机双级压缩制冷系统可以制取-60℃的低温，但在该低温工况下，因为整个系统只使用一台压缩机，因而单机双级压缩制冷系统的高、低压级的压缩比很大，使得压缩机常处于满负荷甚至超负荷运行状态，这不仅会对压缩机的使用寿命造成影响，同时单机双级压缩制冷系统的制冷效果也会大打折扣。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足与缺陷，提出一种新型三级压缩制冷超低温系统，通过在单机双级压缩制冷系统中串联一台单级压缩机的方法，系统运行更加节能，且在保证制冷效果的同时，达到降低系统双级压缩机的压缩比，保护压缩机的效果。

为了解决以上问题，本实用新型采用的技术方案是：一种新型三级压缩超低温制冷装置，包括单级压缩机、第一油分离器、机械过滤器、单机双级压缩机、第二油分离器、船用油分离器、第一节流装置、中间冷却器、干燥冷却器、第二节流装置、蒸发器、气液分离器，其特征在于：所述的单级压缩机在单机双级压缩机与蒸发器之间，单级压缩机与单机双级压缩机之间设有机械过滤器；所述的单级压缩机的出口与第一油分离器入口相连；第一油分离器的出口与机械过滤器的入口相连；机械过滤器的出口与单机双级压缩机的低压级吸气口相连；单机双级压缩机的出口与第二油分离器入口相连；第二油分离器的出口与船用冷凝器入口相连；船用冷凝器的出口分两路，一路经所述第一节流装置节流后进入中间冷却器，另一路与中间冷却器换热后与干燥过滤器的入口相连；中间冷却器的出口与单机双级压缩机的高压级吸气口相连；干燥冷却器的出口与第二节流装置入口相连；第二节流装置的出口与蒸发器的入口相连；蒸发器的出口与气液分离器入口相连；气液分离器的出口与单级压缩机的吸气口相连。

单级压缩机和单机双级压缩机为活塞式压缩机。

第一、第二油分离器除了具有将润滑油与制冷剂蒸汽分离的功能，同时还具有向压缩机供油的功能，有效的降低了压缩机润滑油的损失，保证了压缩机的正常运行。

第一节流装置、第二节流装置为电子膨胀阀，在调节系统的过热度方面更精确，可以有效提升系统运行效率。

中间冷却器为板式换热器，换热效果更好，且换热面积更小，适合于在渔船上使用。

机械过滤器为气体过滤器，起到为单机双级压缩机吸气进行过滤的作用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种新型三级压缩超低温制冷装置中，在单机双级压缩机与蒸发器之间串联设置一个单级压缩机，这不仅有效的降低了单机双级压缩机的高、低压级的压缩比，防止单机双级压缩机长时间的超负荷运转，且在相同的工况下压缩机整体耗功更少。

附图说明

图1为一种新型三级压缩超低温制冷装置（带回热器）的示意图；

图2为一种新型三级压缩超低温制冷装置的示意图；

图3为一种新型三级压缩超低温制冷装置（带回热器）的压焓图；

图4为一种新型三级压缩超低温制冷装置的压焓图；

图5为一种新型三级压缩超低温制冷装置制冷剂状态点（带回热器）的示意图；

图6为一种新型三级压缩超低温制冷装置制冷剂状态点的示意图；

其中：1、单级压缩机；2、单机双级压缩机；3、第一油分离器； 4、机械过滤器；5、船用冷凝器；6、第一节流装置；9、第二节流装置；7、中间冷却器；8、干燥过滤器； 10、蒸发器；11、气液分离器；12、回热器；13、第二油分离器。

具体实施方式

本实用新型的一种新型三级压缩超低温制冷装置通过在单机双级压缩机与蒸发器之间串联设置一个单级压缩机来实现降低单机双级压缩机在制取超低温时的压缩比，使系统运行更加节能。蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸汽先被单级压缩机吸入并压缩，压缩后的制冷剂蒸汽经过机械过滤器过滤后被单机双级压缩机低压级气缸吸入，压缩后与来自中间冷却器的制冷剂蒸汽混合，然后被单机双级压缩机高压级气缸吸入，最后被压缩到冷凝状态进入冷凝器中完成压缩机的压缩过程。

为使本实用新型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，进一步阐述本实用新型。以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

图1为本实用新型一种新型三级压缩超低温制冷装置（带回热器）的示意图，也是某实际项目的系统原理图，包括单级压缩机1、第一油分离器3、机械过滤器4、单机双级压缩机2、第二油分离器13、船用油分离器5、第一节流装置6、中间冷却器7、干燥冷却器8、第二节流装置9、蒸发器10、气液分离器11、回热器12，其特征在于：所述的单级压缩机1在单机双级压缩机2与蒸发器11之间，单级压缩机1与单机双级压缩机2之间设有机械过滤器4，在蒸发器10的进、出口管道设置有回热器12；所述的单级压缩机1的出口与第一油分离器3入口相连；第一油分离器3的出口与机械过滤器4的入口相连；机械过滤器4的出口与单机双级压缩机2的低压级吸气口相连；单机双级压缩机2的出口与第二油分离器13入口相连；第二油分离器13的出口与船用冷凝器5入口相连；船用冷凝器5的出口分两路，一路经所述第一节流装置6节流后进入中间冷却器7，另一路与中间冷却器7换热后与干燥过滤器8的入口相连；中间冷却器7的出口与单机双级压缩机2的高压级吸气口相连；干燥冷却器8的出口与第二节流装置9入口相连；第二节流装置9的出口经过回热器12与蒸发器10的入口相连；蒸发器10的出口与气液分离器11入口相连；气液分离器11的出口与回热器12的入口相连；回热器12的出口与单级压缩机1的吸气口相连。

图1为一次节流中间不完全冷却三级压缩制冷循环（带回热器）的示意图，图3为系统（带回热器）运行压焓图，图5为系统（带回热器）制冷剂运行状态点示意图。

工质工作流程：蒸发器10出口制冷剂状态为a，经过气液分离器11后，a状态的气态制冷剂经过回热器12被h状态的制冷剂加热至状态a’后被单级压缩机1吸入并压缩至状态b；为了防止单级压缩机1在运行过程中的机油及排出制冷剂中含有杂质，因而在单级压缩机1与单机双级压缩机2之间设有第一油分离器3、机械过滤器4，经过过滤后的b状态制冷剂蒸汽被单机双级压缩机的低压级吸气口吸入并压缩至c状态，然后与来自中间冷却器7的经过第一节流装置6节流后的g状态的不饱和制冷剂混合至状态d，然后被单机双级压缩机2的高压级吸气口吸入并压缩至e状态；为了防止单机双级压缩机2的机油随高温制冷剂进入到船用冷凝器5影响其换热性能，e状态制冷剂蒸汽经过第二油分离器13过滤后进入船用冷凝器5，并被冷凝至饱和状态f；船用冷凝器出口分两路，一路制冷剂经过第一节流装置6节流至状态g后进入中间冷却器，随后被单机双级压缩机2的高压级吸气口吸入，另一路制冷剂与中间冷却器7进行换热并由状态f过冷到状态h；h状态制冷剂依次经过干燥过滤器8后进入换热器12与a状态制冷剂换热后被过冷到j状态；j状态制冷剂进入第二节流装置9，并被节流至状态k，随后进入到蒸发器10蒸发吸热后变为a状态制冷剂蒸汽。

在该项目中，在设计工况：蒸发温度-65℃，冷凝温度40℃下，选用单机双级压缩机，采用一次节流中间不完全冷却制冷系统，采用R404A作为制冷剂，其蒸发压力为35.485kPa，冷凝压力为1814.6kPa，根据作图法求得在该工况下制冷系统的最佳中间压力为210.412 kPa，系统高压级的压缩比为8.624，根据活塞式压缩机压缩比一般不超过8的原则，系统高压级处于超负荷运行状态，此时压缩机的总耗功为112.4kJ/kg；然而在本实用新型方法中，系统由原来的两级压缩改为三级压缩，按照单级压缩机的压缩比为4，则单级压缩机的出口压力为141.94 kPa，按照压缩比相等原则可以得到单机双机压缩机的中间压力为507.5，此时高低压级的压缩比为3.6，远小于8，压缩机运转正常，且两台压缩机的总耗功为100.31 kJ/kg，系统运行更加节能。

实施例2

图2 为本实用新型一种新型三级压缩超低温制冷装置的示意图，包括单级压缩机1、第一油分离器3、机械过滤器4、单机双级压缩机2、第二油分离器13、船用油分离器5、第一节流装置6、中间冷却器7、干燥冷却器8、第二节流装置9、蒸发器10、气液分离器11，其特征在于：所述的单级压缩机1在单机双级压缩机2与蒸发器11之间，单级压缩机1与单机双级压缩机2之间设有机械过滤器4；所述的单级压缩机1的出口与第一油分离器3入口相连；第一油分离器3的出口与机械过滤器4的入口相连；机械过滤器4的出口与单机双级压缩机2的低压级吸气口相连；单机双级压缩机2的出口与第二油分离器13入口相连；第二油分离器13的出口与船用冷凝器5入口相连；船用冷凝器5的出口分两路，一路经所述第一节流装置6节流后进入中间冷却器7，另一路与中间冷却器7换热后与干燥过滤器8的入口相连；中间冷却器7的出口与单机双级压缩机2的高压级吸气口相连；干燥冷却器8的出口与第二节流装置9入口相连；第二节流装置9的出口与蒸发器10的入口相连；蒸发器10的出口与气液分离器11入口相连；气液分离器11的出口与单级压缩机1的吸气口相连。

图2为一次节流中间不完全冷却三级压缩制冷循环的示意图，图4为系统运行压焓图，图6为系统制冷剂运行状态点示意图。

工质工作流程：蒸发器10出口制冷剂状态为a，经过气液分离器11后，a状态的气态制冷剂被单级压缩机1吸入并压缩至状态b；为了防止单级压缩机1在运行过程中的机油及排出制冷剂中含有杂质，因而在单级压缩机1与单机双级压缩机2之间设有第一油分离器3、机械过滤器4，经过过滤后的b状态制冷剂蒸汽被单机双级压缩机的低压级吸气口吸入并压缩至c状态，然后与来自中间冷却器7的经过第一节流装置6节流后的g状态的不饱和制冷剂混合至状态d，然后被单机双级压缩机2的高压级吸气口吸入并压缩至e状态；为了防止单机双级压缩机2的机油随高温制冷剂进入到船用冷凝器5影响其换热性能，e状态制冷剂蒸汽经过第二油分离器13过滤后进入船用冷凝器5，并被冷凝至饱和状态f；船用冷凝器出口分两路，一路制冷剂经过第一节流装置6节流至状态g后进入中间冷却器，随后被单机双级压缩机2的高压级吸气口吸入，另一路制冷剂与中间冷却器7进行换热并由状态f过冷到状态h；h状态制冷剂经过干燥过滤器8进入第二节流装置9，并被节流至状态k，随后进入到蒸发器10蒸发吸热后变为a状态制冷剂蒸汽。

本实用新型的运行特点：通过在单机双级压缩机与蒸发器之间串联设置一个单级压缩机，有效的降低了单机双级压缩机制取超低温时高、低压级压缩比，避免了单机双级压缩机超负荷运行，延长了单机双级压缩机的使用寿命，在改善了双级压缩机工作状况的同时，本实用新型的一种新型三级压缩超低温制冷装置的压缩机能耗较同时，单机双级压缩制冷系统减少近11%，长期运行更加节能，同时本实用新型的一种新型三级压缩超低温制冷装置结构简单，串联运行管路布置简单，相较于传统的单机双级压缩制冷系统，本实用新型的超低温制冷系统优势明显。

以上分析可知，本实用新型的一种新型三级压缩超低温制冷装置，有效的改善了双级压缩机的工作状况，大幅的减小了双级压缩机高、低压级的压缩比，延长压缩机使用寿命的同时使得系统压缩机的总能耗降低近11%，节能优势明显；另外，本实用新型的新型超低温压缩制冷系统结构布置简单，机组占地面积增幅较小，在需要超低温环境的远洋渔船上使用时优势明显。

Claims (5)

1.一种新型三级压缩超低温制冷装置，包括单级压缩机（1）、第一油分离器（3）、机械过滤器（4）、单机双级压缩机（2）、第二油分离器（13）、船用冷凝器（5）、第一节流装置（6）、中间冷却器（7）、干燥冷却器（8）、第二节流装置（9）、蒸发器（10）、气液分离器（11），其特征在于：单级压缩机（1）在单机双级压缩机（2）与蒸发器（11）之间，单级压缩机（1）与单机双级压缩机（2）之间设有机械过滤器（4）；单级压缩机（1）的出口与第一油分离器（3）入口相连；第一油分离器（3）的出口与机械过滤器（4）的入口相连；机械过滤器（4）的出口与单机双级压缩机（2）的低压级吸气口相连；单机双级压缩机（2）的出口与第二油分离器（13）入口相连；第二油分离器（13）的出口与船用冷凝器（5）入口相连；船用冷凝器（5）的出口分两路，一路经第一节流装置（6）节流后进入中间冷却器（7），另一路与中间冷却器（7）换热后与干燥过滤器（8）的入口相连；中间冷却器（7）的出口与单机双级压缩机（2）的高压级吸气口相连；干燥冷却器（8）的出口与第二节流装置（9）入口相连；第二节流装置（9）的出口与蒸发器（10）的入口相连；蒸发器（10）的出口与气液分离器（11）入口相连；气液分离器（11）的出口与单级压缩机（1）的吸气口相连。

2.根据权利要求1所述的一种新型三级压缩超低温制冷装置，其特征在于，所述的单级压缩机（1）和单机双级压缩机（2）为活塞式压缩机。

3.根据权利要求1所述的一种新型三级压缩超低温制冷装置，其特征在于，所述的第一节流装置（6）、第二节流装置（9）为电子膨胀阀。

4.根据权利要求1所述的一种新型三级压缩超低温制冷装置，其特征在于，所述的中间冷却器（7）为板式换热器。

5.根据权利要求1所述的一种新型三级压缩超低温制冷装置，其特征在于，所述的机械过滤器（4）为气体过滤器。