一种船载高效高续航能力的空调系统的制作方法

本发明属于制冷及其配套设备领域，尤其涉及一种船载高效高续航能力的空调系统。

背景技术：

在船舶上，空调系统是必要的，空调装置对于保障电子、通信、机电设备的正常运行以及船员的身体健康,发挥着极其重要的作用。现有问题是，现有的船载制冷设备大多数是直接由现有的工业或家用空调系统进行适应性改装后直接安装在船上，有的船上甚至会直接使用的工业制冷系统，但现有的工业制冷系统一般是匹配工业环境下，稳定的工作环境和电网环境来设计制作的，而与常规工业制冷的环境不同，船舶本身可利用空间小，导致此类工业制冷设备往往难以安装在船上或者导致船上可用空间捉襟见肘，同时，船舶经常会处于运动状态，受水面波浪以及风力的影响，船舶会持续晃动，且晃动幅度变化快，差异大，因此其使用环境非常不稳定，而由于运行时远离陆地电网，因此只能采用船载的能源设备进行发电，而这类离线式船载能源与在线电网的稳定性以及电压质量存在较大差异，导致实际使用过程中空调系统存在着效率过低、控制操作不便、故障率偏高，同时使用噪音大等各类问题。

技术实现要素：

本发明创造的目的在于，针对上述现状，提供一种船载高效高续航能力的空调系统，以降低船载空调系统的能耗、噪音与振动情况，提高空调系统的制冷效率和能效比，提高空调系统的整体性能。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

本发明的一种船载高效高续航能力的空调系统，包括压缩机、蒸发器、冷凝器，特别的是，还包括油分离器、经济器；压缩机的出口设有连接至油分离器入口的排气管路，油分离器的出油口设置有连接至压缩机入口的回油管路，油分离器的出气口与冷凝器的受冷管路入口连通；受冷管路的出口分开后以两支路分别连接至经济器的主回路和旁路；主回路通过经济器二次制冷后接入蒸发器的入口；蒸发器的出口连接至压缩机的入口。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，主回路通过经济器二次制冷后分开设置为并联的反馈控制支路和电磁控制支路连接至蒸发器的入口；反馈控制支路上依次设有热力膨胀阀供液电磁阀、热力膨胀阀前截止阀、感温包设于蒸发器出口管路附近的热力膨胀阀、热力膨胀阀后截止阀；电磁控制回路依次包括电子膨胀阀供液电磁阀、电子膨胀阀前截止阀、电子膨胀阀、电子膨胀阀后截止阀；基于并联的双回路控制，实现了自动控制和手动控制的双模式，充分考虑船舶的特殊使用环境，在平常状态下使用自动控制可有效保证系统的稳定制冷，当发生紧急事件，为了满足控制能源消耗以及降低船舶噪音，减小雷达发现概率的需求即可切换至手动控制方式，提高系统的控制性与适用性。

回油管路上设置有回油过滤器、回油流量开关、回油电磁阀；冷凝器受冷管路出口处依次设有过滤器前截止阀、干燥过滤器、过滤器后截止阀；经济器的主回路前后端的经济器回路截止阀、经济器后截止阀。基于各类截止阀以及过滤器有效保证了系统安全稳定运行，提高系统的自适应能力，简化维护操作流程，在船舶人员配置紧张的背景下，减小空调系统所需的维护和操作人员以及工作内容，尽可能的节省船舶上人力物力资源，提高船舶整体能效。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，还包括电气控制组件，电气控制组件包括：压缩机电力拖动结构，具体包括压缩机电机M1、压缩机电机磁力启动器K1、带分流器的配电盘Ⅲ、稳速器T、启动器电阻箱R1；以及冷却水泵电力拖动结构，具体包括配电盘、冷却水泵磁力启动器K3、冷却水泵电机M3、电机稳定器C2；以及用于为系统提供电能的DC100～400V直流供电网。上述结构，提高了在有限能源支持的前提下，提高系统控制能力，保证空调系统能够正常启动，同时减少启动时功率波动，保障系统持续输出的能力。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，还用于执行以下步骤中的一种或者多种：

A、根据舱室外海水温度变化而启动的冷却切换的步骤，具体是指，当海水温度高于17±2℃℃时，通过冷却水泵将冷却水降温至7℃±5℃后送入设备空调系统，当海水温度低于17±2℃时，关闭船载高效高续航能力的空调系统，切换时海水冷却；

B、在滑油温度低于25℃时对滑油进行加热的步骤；

C、根据其控制端信号由各热力膨胀阀或电子膨胀阀控制相应管路的流量的步骤；

D、根据压缩机前端电磁阀的通断状态改变压缩机吸气控制边缘以及压缩机输气溶剂流量的步骤；

E、根据压缩机实际压力启动的压缩机高压保护或低压保护或排温过高保护的步骤；根据实际油流量、油温、油位启动的油流保护、油温保护、油位保护的步骤；根据冷却水温度、压力启动的冷却水低温保护、冷却水低压保护。

基于上述步骤，有效减小了空调系统运行压力，充分利用用船舶工作环境的特点，通过两种冷却模式的切换，最大程度的减小了船舶能源消耗，提高了系统的续航能力，通过对各节点、管路和结构的控制，提高了系统的控制性能，保障了系统的稳定运行，同时最大程度的压缩了系统工作过程中不必要的能源和资源浪费，提高冷量的控制和使用效率，进一步提高系统能效，提高其续航能力。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，还包括隔振降噪组件，隔振降噪组件包括：水平设置的安装板以及设于安装板下方的安装架；压缩机、油分离器、蒸发器和冷凝器分别设于安装板或者安装架上；还包括设置在压缩机与油分离器、经济器、蒸发器以及回油管路上的挠性管；还包括设置在安装板下方且与安装架连接的第一隔振结构、设于安装架下方且与地面连接的第二隔振结构、设于安装架和/或蒸发器和/或冷凝器前后或者左右的侧面隔振结构；还包括设置在压缩机以及用于驱动压缩机的电机之间的弹性联轴节。

由于空调系统内的各类驱动和控制结构在动作过程中均会产生或大或小振动，同时管路、容器中的流体在运动过程以及温度变化过程中也会导致管路和结构产生振动甚至变形，一方面该类振动和变形会产生不必要的振动和噪音，这对于军用的船舶来说是很大的弊端，会极大地增加雷达或者声呐的可探测性，降低船舶的隐身性能，另一方面也会影响空调系统本身的结构稳定性，降低其使用寿命，特别是在船舶内部设备种类繁多，可用空间不足的背景下，各类设备相互交错，此类振动极有可能影响到其他设备和船舶本身结构，导致其破坏或者产生其他不利影响，基于此，本发明提出了隔振降噪组件，通过从管路、各主要振源以及空调系统与船舶支撑结构之间设置多级的隔振降噪结构，最大程度的限制了振动和噪音对船舶产生的影响，利用挠性管使得原来固定的管路在振动和变形时具备了一定的自适应能力，同时隔绝了管路之间的振动传递，提高了管路寿命，降低了振动噪音，通过隔振器尽可能的减少了震源，隔绝了振动的传播途径，有效降低了空调系统运行过程中的振动和噪音，使其能够更好的应用于军事背景下的船舶。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，压缩机和油分离器设于安装板的上端面，经济器和冷凝器设于安装架。通过上述布置方式，使得空调系统的重心尽量保持在较低位置，大大提高了系统的稳定性，降低了振动和噪音，同时便于配套线路和管路的布置方式，压缩设备体积，使其能够尽量减小对船舶有限空间的占用。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，第一隔振结构至少包括分别设于四个不同方位的四个隔振器；第二隔振结构至少包括设于六个不同方位的六个隔振器；侧面隔振结构包括至少设于前后左右四个方向的四个隔振器，或者前后两个方向的隔振器组，或者左右两个方向的隔振器组，隔振器组包括至少两个隔振器。不同方位设置的隔振器能够有效分散来自不同方向的振动噪音，同时由于船舶工作环境的特殊性，其在风浪或高速航行时会产生极大的晃动，通过设置多方向的支撑和减震，能够有效避免设备磕碰或者倾倒，同时利用弹性缓冲避免结构的刚性接触，防止结构破坏，提高了系统的使用寿命，减小了系统维护内容，提高其使用寿命。

本船载高效高续航能力的空调系统特别的是，第一隔振结构中的隔振器是指AKCC-400H型隔振器，第二隔振结构和侧面隔振结构是指AIIC-700隔振器。

有益效果在于：

本发明根据船舶实际工作环境的状况，提出了一种具有高效率高续航能力的船载空调系统，本系统的优势在于：一方面在为船舶提供足够的机组制冷量的同时，大幅压缩功耗，通过回油控油结构提高系统换热效率以及质量，结合内部的局部自适应被动反馈控制，提高了空调系统的自我调节自我修正的能力，使得空调系统的性能更加稳定，简化了系统的操控流程，提高实际工作过程中的作业效率，相对于现有的空调系统，其能效比(COP)由2.5～3.1提升至4.7～5.1；制冷速率提高，单位制冷量能耗降低约8％；另一方面充分考虑船舶的实际工作环境，通过结构的优化配置，调整空调系统的重心位置以及隔振减震结构，同时通过弹性连接件、挠性管等结构优化动作传动的效果，最大程度的压缩空调系统内部的硬接触，实现动态的、可恢复的动态平衡，使得空调系统能够更加适应于船舶等特殊工作环境，系统的抗冲击更好，持续工作的稳定性更高，经过实船测试或者模拟计算进行测验，其正常工作的各项指标参数均有较大提升，实际效果如下表所示：

附图说明

图1是船载高效高续航能力的空调系统的流程图；

图2是船载高效高续航能力的空调系统的控制原理图；

图3是船载高效高续航能力的空调系统的前视图；

图4是船载高效高续航能力的空调系统的左视图；

图5是船载高效高续航能力的空调系统的左侧斜视图；

图6是船载高效高续航能力的空调系统的右侧斜视图；

图7是船载高效高续航能力的空调系统的电力连接图；

其中附图标记包括：

压缩机1、压缩机吸气挠性管2、压缩机排气挠性管3、压缩机回油挠性管4、压缩机经济器挠性管5、油分离器6、回油过滤器7、回油视液镜8、回油电磁阀9、回油流量开关10、角阀11、冷凝器12、冷凝器前截止阀13、干燥过滤器14、过滤器后截止阀15、经济器回路截止阀16、经济器供液电磁阀17、经济器视液镜18、经济器热力膨胀阀19、经济器20、经济器后截止阀21、经济器主回路供液电磁阀22、经济器后截止阀23、经济器旁路截止阀24、主回路视液镜25、热力膨胀阀供液电磁阀26、热力膨胀阀前截止阀27、热力膨胀阀28、热力膨胀阀后截止阀29、电子膨胀阀供液电磁阀31、电子膨胀阀前截止阀32、电子膨胀阀33、电子膨胀阀后截止阀34、蒸发器35、冷凝压力控制阀36、冷却水泵37、高压控制器38、低压控制器39、油压差控制器40、油位开关41、油温开关42、冷却流量控制器43、冷却低温保护期44、冷却压力控制器45、吸气压力表46、排气压力表47、冷却水压力表48、油压表49、吸气压力传感器50、排气压力传感器51、油压传感器52、温度传感器(包括53、54、55、56、57、58、60、61)、油温传感器59、压力传感器62。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

本发明的一种船载高效高续航能力的空调系统，其工作流程以及原理如图1、图2所示，其主要任务是保证制冷系统产生的冷量能够通过冷却(本实施例中采用的是淡水或者海水，并通过闭环回路实现循环)顺利送至各舱空气冷却器，蒸发器中产生的冷量通过供水管路供入各舱室的空气冷却器，与各舱室内的空气进行热交换，转移负荷以降低各舱室内的空气温度和湿度。系统主要由压缩机(1)、蒸发器(35)、冷凝器(12)，油分离器(6)、经济器(20)等组成；在实际使用过程中，还配套有驱动冷却循环的冷却循环泵以及与空调系统直接连接的各舱室和设备的冷却器以及阀门。各舱室需要提供冷源时，开启空调系统以及连接至各舱室空气冷却器的进、出水阀门，将降温后的冷却(约7±5℃)送入空调系统。当舱室外海水温度低于17±2℃时，关闭本空调系统，利用海水冷却降温。

如图2、图3、图4、图5、图6所示，具体而言，本发明的船载高效高续航能力的空调系统，包括压缩机(1)、蒸发器(35)、冷凝器(12)，还包括油分离器(6)、经济器(20)；如图2所示，压缩机(1)的出口设有连接至油分离器(6)入口的排气管路，油分离器(6)的出油口设置有连接至压缩机(1)入口的回油管路，油分离器(6)的出气口与冷凝器(12)的受冷管路入口连通；受冷管路的出口分开后以两支路分别连接至经济器(20)的主回路和旁路；主回路通过经济器(20)二次制冷后接入蒸发器(35)的入口；蒸发器(35)的出口连接至压缩机(1)的入口。

主回路通过经济器(20)二次制冷后分开设置为并联的反馈控制支路和电磁控制支路连接至蒸发器(35)的入口；反馈控制支路上依次设有热力膨胀阀供液电磁阀(26)、热力膨胀阀前截止阀(27)、感温包设于蒸发器(35)出口管路附近的热力膨胀阀(28)、热力膨胀阀后截止阀(29)；电磁控制回路依次包括电子膨胀阀供液电磁阀(31)、电子膨胀阀前截止阀(32)、电子膨胀阀(33)、电子膨胀阀后截止阀(34)；

回油管路上设置有回油过滤器(7)、回油流量开关(10)、回油电磁阀(9)；冷凝器(12)受冷管路出口处依次设有过滤器前截止阀(13)、干燥过滤器(14)、过滤器后截止阀(15)；经济器(20)的主回路前后端的经济器回路截止阀(16)、经济器后截止阀(23)。

还包括电气控制组件，如图7所示，电气控制组件包括：压缩机电力拖动结构，具体包括压缩机电机M1、压缩机电机磁力启动器K1、带分流器的配电盘Ⅲ、稳速器T、启动器电阻箱R1；以及冷却水泵电力拖动结构，具体包括配电盘、冷却水泵磁力启动器K3、冷却水泵电机M3、电机稳定器C2；以及用于为系统提供电能的DC100～400V直流供电网。

本发明中，经压缩机压缩后的制冷剂进入油分离器，分离后的气态制冷剂进入冷凝器进行冷却，冷却后的液态制冷剂在膨胀阀节流降压，节流后的制冷剂通过壳管式蒸发器吸收管束外冷冻水的热量，降低冷冻水温度，制冷剂吸收冷冻水带回的热量后由液态变为气态，气态制冷剂重新进入压缩机进行压缩，压缩后的制冷剂在冷凝器中被冷却成液态重新进入膨胀阀和蒸发器。冷冻水循环泵将蒸发器制造的冷冻水送至各舱室的空气冷却器对舱室进行降温，冷冻水吸收舱室空气热量后又被循环泵抽回，再经壳管式蒸发器降温，如此重复循环工作。经济器工作时，冷凝器出来的制冷剂一部分进入蒸发器，另一部分进入经济器，由经济器对进入蒸发器的制冷剂进一步冷却。

本发明的一种船载高效高续航能力的空调系统还用于执行以下步骤中的一种或者多种：

A、根据舱室外海水温度变化而启动的冷却切换的步骤，具体是指，当海水温度高于17±2℃℃时，通过冷却水泵将冷却水降温至7℃±5℃后送入设备空调系统，当海水温度低于17±2℃时，关闭船载高效高续航能力的空调系统，切换至海水冷却；本发明中，冷冻水系统为闭式循环系统，工作介质为或海水，各舱室需要提供冷源时，开启冷冻水系统至各舱室空气冷却器的进、出水阀门，启动冷却水泵，通过冷冻水泵将经冷水机组降温后的冷冻水(约7±2℃)送入空调系统。蒸发器中产生的冷量在冷冻水泵的作用下，通过供水管路供入各舱室的空气冷却器，与各舱室内的空气进行热交换，转移负荷以降低各舱室内的空气温度和湿度。

B、在滑油温度低于25℃时对滑油进行加热的步骤；

C、根据其控制端信号由各热力膨胀阀或电子膨胀阀控制相应管路的流量的步骤；

具体的，本实施例中本装置选用的DANFOSS公司ETS25型电子膨胀阀和EKC312型控制器，通过精确控制喷射进蒸发器的制冷剂流量，以控制蒸发器出口制冷剂过热度维持在设定值，使其自动适应热负荷变化，保证蒸发器冷却水出水温度维持在设定值附近。

D、根据压缩机前端电磁阀的通断状态改变压缩机吸气控制边缘以及压缩机输气溶剂流量的步骤；

具体的，本实施例中在用比泽尔OS.53系列开启式螺杆式制冷压缩机，通过电磁阀的通断改变压缩机吸气控制边缘，从而调节压缩机的输气容积流量。

E、根据压缩机实际压力启动的压缩机高压保护或低压保护或排温过高保护的步骤；根据实际油流量、油温、油位启动的油流保护、油温保护、油位保护的步骤；根据冷却水温度、压力启动的冷却水低温保护、冷却水低压保护。

具体的，本实施例中，各保护项目的动作值如表1所示：

表1保护项目动作值

基于上述结构及控制方式能够有效提高空调系统的性能，实现了低功耗，高性能的目的，同时通过结构设计使得空调系统的整体体积大大压缩，系统部件减少，便于其在船上的安装和使用，考虑到船舶航行过程中必不可少的会遭遇风浪，并发生较为强烈的晃动颠簸，为提高空调系统结构的稳定，减少不必要的磕碰，同时降低系统产生的噪音振动，本发明的一种船载高效高续航能力的空调系统还包括隔振降噪组件，隔振降噪组件包括：水平设置的安装板(1a)以及设于安装板(1a)下方的安装架(1b)；压缩机(1)、油分离器(6)、蒸发器(35)和冷凝器(12)分别设于安装板(1a)或者安装架(1b)上；具体而言，本实施例中船载高效高续航能力的空调系统压缩机(1)和油分离器(6)设于安装板(1a)的上端面，经济器(20)和冷凝器(12)设于安装架(1b)。通过分别设置的结构，使得装置的整体重心下移，减少振动过程中的冲击力，提高稳定性。

还包括设置在压缩机(1)与油分离器(6)、经济器(20)、蒸发器(35)以及回油管路上的挠性管；挠性管一反面能够在系统工作过程中进行适当的自适应形变，使得系统在颠簸时保持原有的结构连接，同时缓冲并隔绝了各管路之间的震荡，减少内部冲击。使得整个系统的内部稳定性加强。

在系统与船舶的接触位置，本发明还进行了进一步改进，包括设置在安装板(1a)下方且与安装架(1b)连接的第一隔振结构、设于安装架(1b)下方且与地面连接的第二隔振结构、设于安装架(1b)和/或蒸发器(35)和/或冷凝器(12)前后或者左右的侧面隔振结构；还包括设置在压缩机(1)以及用于驱动压缩机M1的电机之间的弹性联轴节。

其中，第一隔振结构至少包括分别设于四个不同方位的四个隔振器；第二隔振结构至少包括设于六个不同方位的六个隔振器；侧面隔振结构包括至少设于前后左右四个方向的四个隔振器，或者前后两个方向的隔振器组，或者左右两个方向的隔振器组，隔振器组包括至少两个隔振器。具体的，第一隔振结构中的隔振器是指AKCC-400H型隔振器，第二隔振结构和侧面隔振结构是指AIIC-700隔振器。

通过对上述结构进行垂向振动模态进行分析以及实物模拟，可以发现，上述隔振结构能够产生如下效果：

(1)在静态、纵倾情况下，隔振器的符合控制在允许范围之内，且符合分配均匀；

(2)在横倾及大风浪航行中极限横摇时，上层的隔振器和侧面的隔振器-处变形量略超出限定变形量但处于安全范围内，能够取得良好的隔振效果。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。