船用二氧化碳速冻系统的制作方法

1.本发明二氧化碳制冷设备技术领域，具体为船用二氧化碳速冻系统。


背景技术：

2.目前，水产品冷链流通的比例还比较底，渔船捕获物货损严重，远洋渔船旺季时冷藏速冻能力不能满足产能需求，有的渔船主要使用r22和氨作为制冷剂，r22不环保，破坏臭氧层且受到政策严格限制，氨剧毒易爆，在货物密集和空间封闭的渔船上使用，存在安全隐患及经济损失的风险，除此之外，环境问题日益严峻，需要积极推进节能、环保、减碳。
3.二氧化碳化学性质稳定，安全无毒，是自然界存在的物质，价格低廉，是一种非常优良的制冷剂，速冻效率高，单位容积制冷量大，粘度低，换热特性好，温室效应低，不破坏自然环境，已经在国内外广泛应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种结构合理，使用安全，速冻效率高，换热性能好的船用二氧化碳速冻系统。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.船用二氧化碳速冻系统，包括二氧化碳制冷循环系统、环保制冷剂循环系统；所述的二氧化碳制冷循环系统包括二氧化碳活塞机、二氧化碳油分离器、二氧化碳储油器、冷凝蒸发器、二氧化碳储液器、二氧化碳回热器、二氧化碳吸气集管、制冷应用装置，所述的二氧化碳活塞机、二氧化碳储液器分别设有泄压安全阀，所述的二氧化碳储油器分别与二氧化碳活塞机、二氧化碳油分离器连通，所述的二氧化碳储液器设有二氧化碳稳压器；所述的环保制冷剂循环系统包括环保制冷剂压缩机、油分离器、水冷冷凝器、储液器、吸气集管，所述的储液器、吸气集管分别与所述的冷凝蒸发器连通；所述的二氧化碳活塞机压缩产生的高温高压二氧化碳气体经过二氧化碳油分离器、冷凝蒸发器，在冷凝蒸发器冷凝成二氧化碳高压液体后缓存在二氧化碳储液器中，二氧化碳高压液体进入二氧化碳回热器后进入制冷应用装置，在制冷应用装置中转化成低压过热二氧化碳蒸汽后回到二氧化碳回热器再进入二氧化碳吸气集管、二氧化碳活塞机；所述的环保制冷剂压缩机压缩产生的高温高压制冷气体经过油分离器、水冷冷凝器，在水冷冷凝器中冷凝成高压制冷液体后缓存在储液器中，高压制冷液体经过冷凝蒸发器吸收热量后变成低压过热制冷蒸汽，并回到吸气集管、环保制冷剂压缩机。本方案的环保制冷剂采用r507a、r404a等环保型制冷剂；当制冷系统停用时，外界热量的侵入将导致二氧化碳制冷系统压力回升，此时二氧化碳稳压器启动，来维持制冷系统压力稳定，不再上升；二氧化碳制冷循环系统、环保制冷剂循环系统置于机舱中，制冷应用装置安装在独立的制冷舱室内。
7.作为本发明优选的方案，所述的制冷应用装置包括二氧化碳供液管、二氧化碳回气管、多组制冷单元、多个二氧化碳浓度检测仪，所述的二氧化碳供液管、二氧化碳回气管分别与二氧化碳回热器连接，每组制冷单元分别包括膨胀阀组、搁架排管组、泄压阀组、回
气阀组、速冻风机，所述的膨胀阀组与二氧化碳供液管连通，所述的回气阀组与二氧化碳回气管连通，所述的泄压阀组与外界连通，所述的搁架排管组分别与膨胀阀组、泄压阀组、回气阀组连通；所述的多个二氧化碳浓度检测仪与多组制冷单元对应设置。本方案二氧化碳高压液体进入二氧化碳回热器后进入制冷应用装置的膨胀阀组，经过膨胀阀组再进入搁架排管内吸收热量后从回气阀组再进入二氧化碳回热器，搁架排管满足承压、回油要求，其管径远比氟、氨系统小，为了强化换热效果，在搁架排管一侧安装速冻风机，并形成一定的风道，使风均匀分布到水产品上，其风速在3～4m/s；二氧化碳速冻系统也可以应用于低温冷藏库，库内四周及上下两面均布置换热排管，排管外具有木质或钢质护栏，此外，低温冷藏库也布置风机，加强空气对流，强化换热，同时解决冷风机化霜问题。
8.作为本发明优选的方案，所述的膨胀阀组、泄压阀组、回气阀组均为自动阀且分别与控制装置连通，所述的多个二氧化碳浓度检测仪分别与控制系统连通，所述的多个二氧化碳浓度检测仪与膨胀阀组、泄压阀组、回气阀组联动设置。本方案兼顾了意外事故的安全处理方案，制冷机舱、速冻库内安装二氧化碳浓度检测仪，该检测仪与相应的阀门联动，根据配置可以选择手动操作和自动操作，当库内二氧化碳浓度过高，浓度检测仪报警，反馈信号给到plc，plc关闭电动供液阀和电动回气阀，打开电动泄压阀，将局部管路内的二氧化碳强制排放室外；如果配置是手动阀，当库内二氧化碳浓度过高，浓度检测仪报警，报警信号给到机舱内的制冷工，制冷工手动关闭供液阀、回气阀，打开泄压阀，将局部管路内的二氧化碳强制排放室外；如果因装、卸货时碰伤速冻库内的搁架排管，距离最近的浓度检测仪最先发出警报，关闭相应的供液阀和回气阀，同时打开二氧化碳泄压系统上的泄压阀，将该回路的二氧化碳气体通过管路强制排出至室外；特别的，供液阀、电子膨胀阀、手动膨胀阀、泄压阀、回气阀安装在机舱内，便于制冷工操作，二氧化碳浓度检测仪靠近搁架排管安装，其蜂鸣器安装在机舱和库内。
9.作为本发明优选的方案，所述的膨胀阀组包括供液阀、相互并联的电子膨胀阀和手动膨胀阀。本方案正常情况下，制冷剂通过电子膨胀阀，一旦电子膨胀阀发生故障，则打开手动膨胀阀，将故障对系统的影响降至最低。
10.作为本发明优选的方案，所述的二氧化碳制冷循环系统设有多个二氧化碳活塞机，所述的二氧化碳活塞机设有机械式高压开关、低压开关；所述的环保制冷剂循环系统设有多个环保制冷剂压缩机，所述的环保制冷剂压缩机设有安全阀。本方案具备多维控压功能，确保船用制冷系统的安全使用。二氧化碳活塞机(组)配备机械式高压开关、低压开关，当排气、吸气压力异常时及时停机，同时机组在自动控制方面设置了高压卸载、超高压急停以及低压保护等功能，单个二氧化碳活塞机均有高压安全阀、低压安全阀，二氧化碳储液器也配备安全阀，当压力超出设定值后，通过安全阀泄压系统将二氧化碳排至机房外；多个二氧化碳活塞机(组)和环保制冷剂压缩机(组)为并联机组，多台压缩机互为备用，一旦某台压缩机发生故障，可以独立停机维修，不影响其他压缩机的运行。
11.作为本发明优选的方案，所述的制冷应用装置设于冷冻库或低温冷藏库，所述的制冷应用装置包括海水冲霜装置，所述的海水冲霜装置包括吸水泵、与制冷应用装置配置的冲霜龙头、排水泵。本方案采用海水冲霜，冷冻(速冻)库内的蒸发器采用搁架排管形式，低温冷藏库的蒸发器采用排管形式；当速冻完成后，通过吸水泵将海水抽上来，将搁架排管或排管上的霜层、冰块冲洗干净，再通过排水泵将库内的水抽干净。
12.作为本发明优选的方案，所述的二氧化碳回热器设有多个，所述的二氧化碳回热器包括液体侧、气体侧，所述的二氧化碳回热器液体侧串联、气体侧并联，所述的二氧化碳回热器液体侧设有旁通管路。本方案二氧化碳回热器液体侧串联，气体侧并联，相同质量流量下，液体侧的压降远比气体侧压降小，比如2600kg/h的二氧化碳进行液体和气体热量交换，液体侧压降0.58kpa，气体侧压降21kpa，液体侧是气体侧压降的2.7％，换热面积2.41平方，采用本发明所述方案，如果维持回热器换热器面积不变，则液体压降1.95kpa，气体压降9.2kpa，比前者方案降低了56％；或者保持维持气体侧压降不变，比前者方案可减少换热面积53％；此外液体侧还配备了旁通管路，视速冻系统运行情况，可旁通一个或两个回热器，以防止压缩机吸气过热度过大，排气温度过高。
13.作为本发明优选的方案，所述的二氧化碳储油器与二氧化碳活塞机通过自动阀门连通，所述的二氧化碳活塞机设有油位控制器，所述的二氧化碳储油器底部位置高于二氧化碳活塞机油腔位置。本方案二氧化碳活塞机(组)和环保制冷剂压缩机(组)具备可靠的强制回油系统，由油分离器、储油器、回油管路、油位控制器组成；当压缩机油腔内油位低于低油位时，油位控制器打开阀门，润滑油在压差的驱动下从储油器流向压缩机油腔；当油位足够时，油位控制器关闭阀门；在回油期间，油位始终低于低油位时，延时一段时间后，油位控制器发出报警，将保护压缩机；该回油方式可满足海上摇摆工况，各方向
±
22.5
°
。
14.作为本发明优选的方案，所述的二氧化碳吸气集管、吸气集管内分别设有多个缓冲挡板，所述的缓冲挡板底部设有平衡孔。本方案集管内设多个缓冲挡板及平衡孔，以适应船上摇摆工况
±
22.5
°
；当摇摆幅度非常大时，如果没有缓冲板，液体和润滑油因重力向低的位置流动，位置最右或者最左的吸气口将处于最低位置，当液体和润滑油足够多时，该吸气口被液体和润滑油覆盖，导致吸气带液，损坏压缩机；缓冲挡板的存在，将液体和润滑油分隔成多个部分，阻挡集管内的液体或者润滑油倾斜，缓冲其惯性，不至于淹没压缩机吸气口；当吸气集管内液体或者润滑油有一定深度时，缓冲挡板高度能够在最倾斜工况下阻挡液体或者润滑油向最低处吸气口流动，平衡口的面积能够维持压缩机各个吸气口压力平衡。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.结构合理，使用安全，速冻效率高，换热性能好。
附图说明
17.图1为本发明的一种系统原理图。
18.图2为本发明制冷单元的系统原理图。
19.图3为本发明多个制冷单元组合的系统原理图。
20.图4为本发明安全控制原理图。
21.图5为本发明二氧化碳吸气集管及吸气集管的一种结构示意图。
22.图中：1、二氧化碳活塞机
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2、二氧化碳油分离器
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3、二氧化碳储油器
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4、冷凝蒸发器
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5、二氧化碳储液器
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6、二氧化碳回热器
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7、二氧化碳吸气集管
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8、制冷应用装置
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9、泄压安全阀
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10、二氧化碳稳压器
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11、环保制冷剂压缩机
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12、油分离器
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13、水冷冷凝器
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14、储液器
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15、吸气集管
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16、二氧化碳供液管
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17、二氧化碳回气管
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18、二氧化碳浓度检测仪
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19、膨胀阀组
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20、搁架排管组
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21、泄压阀组
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22、回气阀组
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23、速冻风机
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24、供液阀
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25、电子膨胀阀
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26、手动膨胀阀
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27、缓冲挡板
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28、平衡孔。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
37.船用二氧化碳速冻系统，包括二氧化碳制冷循环系统、环保制冷剂循环系统；二氧化碳制冷循环系统包括二氧化碳活塞机1、二氧化碳油分离器2、二氧化碳储油器3、冷凝蒸发器4、二氧化碳储液器5、二氧化碳回热器6、二氧化碳吸气集管7、制冷应用装置8，二氧化碳活塞机1、二氧化碳储液器5分别设有泄压安全阀9，二氧化碳储油器3分别与二氧化碳活塞机1、二氧化碳油分离器2连通，二氧化碳储液器5设有二氧化碳稳压器10；环保制冷剂循环系统包括环保制冷剂压缩机11、油分离器12、水冷冷凝器13、储液器14、吸气集管15，储液器14、吸气集管15分别与冷凝蒸发器4连通。
38.制冷应用装置包括二氧化碳供液管16、二氧化碳回气管17、多组制冷单元、多个二氧化碳浓度检测仪18，二氧化碳供液管16、二氧化碳回气管17分别与二氧化碳回热器6连接，每组制冷单元分别包括膨胀阀组19、搁架排管组20、泄压阀组21、回气阀组22、速冻风机23，膨胀阀组19与二氧化碳供液管16连通，回气阀组22与二氧化碳回气管17连通，泄压阀组21与外界连通，搁架排管组20分别与膨胀阀组19、泄压阀组21、回气阀组22连通；多个二氧化碳浓度检测仪18与多组制冷单元对应设置。
39.膨胀阀组19、泄压阀组21、回气阀组22均为自动阀且分别与控制装置连通，多个二氧化碳浓度检测仪19分别与控制系统连通，多个二氧化碳浓度检测仪19与膨胀阀组19、泄压阀组21、回气阀组22联动设置。
40.膨胀阀组19包括供液阀24、相互并联的电子膨胀阀25和手动膨胀阀26。
41.二氧化碳制冷循环系统设有多个二氧化碳活塞机1，二氧化碳活塞机设有机械式
高压开关、低压开关；环保制冷剂循环系统设有多个环保制冷剂压缩机11，环保制冷剂压缩机设有安全阀。
42.制冷应用装置设于冷冻库或低温冷藏库，制冷应用装置包括海水冲霜装置，海水冲霜装置包括吸水泵、与制冷应用装置配置的冲霜龙头、排水泵。
43.二氧化碳回热器6设有多个，二氧化碳回热器6包括液体侧、气体侧，二氧化碳回热器6液体侧串联、气体侧并联，二氧化碳回热器6液体侧设有旁通管路。
44.二氧化碳储油器3与二氧化碳活塞机1通过自动阀门连通，二氧化碳活塞机1设有油位控制器，二氧化碳储油器3底部位置高于二氧化碳活塞机1油腔位置。
45.二氧化碳吸气集管7、吸气集管15内分别设有多个缓冲挡板27，缓冲挡板27底部设有平衡孔28。
46.本发明工作流程：二氧化碳活塞机1压缩产生的高温高压二氧化碳气体经过二氧化碳油分离器2、冷凝蒸发器4，在冷凝蒸发器4冷凝成二氧化碳高压液体后缓存在二氧化碳储液器5中，二氧化碳高压液体进入二氧化碳回热6后进入制冷应用装置，在制冷应用装置中转化成低压过热二氧化碳蒸汽后回到二氧化碳回热器6再进入二氧化碳吸气集管7、二氧化碳活塞机1；
47.环保制冷剂压缩机11压缩产生的高温高压制冷气体经过油分离器12、水冷冷凝器13，在水冷冷凝器13中冷凝成高压制冷液体后缓存在储液器14中，高压制冷液体经过冷凝蒸发器4吸收热量后变成低压过热制冷蒸汽，并回到吸气集管15、环保制冷剂压缩机11；
48.二氧化碳高压液体进入二氧化碳回热器6后进入制冷应用装置的膨胀阀组19，经过膨胀阀组19再进入搁架排管组20内吸收热量后从回气阀组22再进入二氧化碳回热器6；
49.当速冻完成后，通过海水冲霜装置，用吸水泵将海水抽上来，将搁架排管组20或排管上的霜层、冰块冲洗干净，再通过排水泵将库内的水抽干净；
50.当二氧化碳活塞机1或环保制冷剂压缩机11产生安全问题，或者系统产生二氧化碳泄露时，系统通过安全阀、泄压阀等安全设备保障系统安全运行。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。