一种船用自然工质液化系统及方法与流程

本技术涉及船舶制冷，具体涉及一种船用自然工质液化系统及方法。

背景技术：

1、船舶制冷机作为船舶上的重要设备之一，主要用于维持船上的低温环境，保持货物、食品等物品的质量和安全，以及，用于减少船舶相关设备及的故障率。船舶制冷机的主要原理是蒸发冷却的制冷循环，即，通过一个制冷循环来对制冷剂进行低温蒸发和高温冷凝，从而达到制冷的效果。传统制冷剂多为氢氟碳化合物(hfc)，如r404a、r134a等。但由于hfc制冷剂碳排放过高，船舶上逐渐使用自然工质作为制冷剂。

2、自然工质液化系统(natural refrigerant-based refrigeration system)是一种利用自然工质(如空气、水、二氧化碳等)作为制冷剂的制冷系统。其在节约能源的同时还能降低运行成本。然而，目前的自然工质液化系统的制冷效率过低，不能满足船舶的日常使用需求。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种船用自然工质液化系统，通过将第一工质作为冷却剂，并设置第一循环模块、第二循环模块和第三循环模块，提升第一工质的利用率，解决目前的自然工质液化系统的制冷效率过低，不能满足船舶的日常使用需的问题；本技术实施例还提供一种船用自然工质液化方法。

2、本技术第一方面提供一种船用自然工质液化系统，包括：

3、第一循环模块，所述第一循环模块的进料为第一工质，所述第一循环模块的出料为第一气体和第一液体；

4、第二循环模块，所述第二循环模块与所述第一循环模块连通，所述第二循环模块的进料为所述第一气体，所述第二循环模块的出料为第二气体和第三气体，所述第二气体的压强低于所述第一气体的压强，所述第三气体的压强低于所述第一气体的压强；

5、第三循环模块，所述第三循环模块与所述第一循环模块连通，所述第三循环模块的进料为所述第一液体，所述第三循环模块的出料为第五气体，所述第五气体的温度高于所述第一液体的温度，且所述第五气体的压强高于所述第三气体的压强。

6、在一些实施例中，所述船用自然工质液化系统满足如下条件中的至少一种：

7、所述第一工质的温度范围为-10℃～30℃，所述第一工质的压强范围为1000kpa～15000kpa；

8、所述第一气体的温度范围为-10℃～10℃，所述第一气体的压强范围为5000kpa～13000kpa；

9、所述第一液体的温度范围为-10℃～10℃，所述第一液体的压强范围为5000kpa～13000kpa；

10、所述第二气体的温度范围为-10℃～10℃，所述第二气体的压强范围为5000kpa～8000kpa；

11、所述第五气体的温度范围为20℃～80℃，所述第五气体的压强范围为4000kpa～6000kpa。

12、在一些实施例中，所述第一循环模块包括：

13、高压压缩机，所述高压压缩机的进料为所述第一工质，所述高压压缩机的出料为第二工质；所述第二工质的温度高于所述第一工质的温度，且，所述第二工质的压强高于所述第一工质的压强；

14、气冷器，所述气冷器与所述高压压缩机连通；所述气冷器的进料为所述第二工质，所述气冷器的出料为第三工质，所述第三工质的压强与所述第二工质的压强相同，所述第三工质的温度低于所述第二工质的温度；

15、第一引射器，所述第一引射器包括第一进料口、第二进料口和第一出料口；所述第一进料口与所述气冷器连通，所述第二进料口与所述第二循环模块连通；所述第一进料口的进料为所述第三工质，所述第二进料口的进料为所述第二气体，所述第一出料口的出料为第四工质，所述第四工质为气液两相工质；

16、储液罐，所述储液罐包括第三进料口、第二出料口和第三出料口；所述第三进料口与所述第一出料口连通，所述第二出料口与所述第二循环模块连通，所述第三出料口与所述第三循环模块连通；所述第三进料口的进料为所述第四工质，所述第二出料口的出料为所述第一气体，所述第三出料口的出料为所述第一液体。

17、在一些实施例中，所述第一循环模块满足如下条件中的至少一种：

18、所述第二工质的温度范围为50℃～180℃，所述第二工质的压强范围为5000kpa～15000kpa；

19、所述第三工质的温度范围为20℃～35℃，所述第三工质的压强范围为5000kpa～15000kpa；

20、所述第四工质的温度范围为-10℃～20℃，所述第四工质的压强范围为4000kpa～10000kpa。

21、在一些实施例中，所述第二循环模块包括：

22、第二引射器，所述第二引射器包括第四进料口、第五进料口和第四出料口；所述第四进料口与所述第二出料口连通；所述第五进料口的进料为第二液体，所述第四出料口的出料为第五工质；

23、中温蒸发器，所述中温蒸发器与所述第四出料口连通，所述中温蒸发器的出料为第六工质，所述第六工质为气液两相工质；所述第五工质的温度低于所述第六工质的温度，所述第五工质的压强等于所述第六工质的压强；

24、分离器，所述分离器包括第六进料口、第五出料口、第六出料口和第七出料口；所述第六进料口与所述中温蒸发器连通，所述第五出料口与所述第五进料口连通，所述第六出料口与所述第二进料口连通，所述第七出料口与所述高压压缩机连通；所述第七出料口的出料为所述第三气体；所述第二气体的温度低于所述第三气体的温度，所述第二气体的压强高于所述第三气体的压强，所述第二气体与所述第三气体的体积比k满足：k≥1。

25、在一些实施例中，所述第一循环模块满足如下条件中的至少一种：

26、所述第三气体的温度范围为-10℃～30℃，所述第三气体的压强范围为1000kpa～5000kpa；

27、所述第二液体的温度范围为-10℃～40℃，所述第二液体的压强范围为5000kpa～15000kpa；

28、所述第五工质的温度范围为-10℃～20℃，所述第五工质的压强范围为1000kpa～8000kpa；

29、所述第六工质的温度范围为-5℃～25℃，所述第六工质的压强范围为1000kpa～8000kpa。

30、在一些实施例中，所述第三循环模块包括：

31、低温膨胀阀，所述低温膨胀阀与所述第三出料口连通，所述低温膨胀阀的出料为第三液体，所述第三液体的压强低于所述第一液体的压强，所述第三液体的温度低于所述第一液体的温度；

32、低温蒸发器，所述低温蒸发器与所述低温膨胀阀连通，所述低温蒸发器的出料为第四气体；所述第四气体的温度等于所述第三液体的温度，所述第四气体的压强高于或者等于所述第三液体的压强；

33、低压压缩机，所述低压压缩机与所述低温蒸发器连通，所述低压压缩机的出料为所述第五气体；所述第五气体的压强高于所述第四气体的压强，所述第五气体的温度高于所述第四气体的温度。

34、在一些实施例中，所述第三循环模块满足如下条件中的至少一种：

35、所述第三液体的温度范围为-49℃～-30℃，所述第三液体的压强范围为100kpa～5000kpa；

36、所述第四气体的温度范围为-49℃～-30℃，所述第四气体的压强范围为100kpa～5000kpa。

37、本技术第二方面提供一种船用自然工质液化方法，采用如第一方面中任意一项实施例所述的船用自然工质液化系统，包括：

38、对第一工质进行第一处理，获得第一气体和第一液体；

39、对所述第一气体进行第二处理，获得第二气体和第三气体；所述第二气体和所述第三气体用于所述第一处理；

40、对所述第一液体进行第三处理，获得第五气体；所述第五气体用于所述第一处理。

41、在一些实施例中，所述对第一工质进行第一处理，获得第一气体和第一液体，包括：

42、将所述第一工质进行增温增压，获得第二工质；

43、将所述第二工质进行冷却，获得第三工质；

44、利用所述第三工质引射所述第二气体，获得第四工质，所述第四工质为气液两相工质；

45、对所述第四工质进行气液分离，获得所述第一气体和所述第一液体。

46、在一些实施例中，所述对所述第一气体进行第二处理，获得第二气体和第三气体，包括：

47、通过所述第一气体引射第二液体，形成第五工质；

48、将所述第五工质蒸发，形成第六工质；

49、将所述第六工质进行气液分离，获得所述第二液体、所述第二气体和所述第三气体；所述第二气体的温度与所述第三气体的温度相同，所述第二气体的压强与所述第三气体的压强相同，所述第二气体与所述第三气体的体积比k满足：k≥1。

50、在一些实施例中，所述对所述第一液体进行第三处理，获得第五气体，包括：

51、对所述第一液体进行降温降压，获得第三液体；

52、对所述第三液体进行吸热降温，获得第四气体；

53、对所述第四气体进行加压，获得所述第五气体，所述第五气体的压强等于所述第三气体的压强。

54、与现有技术相比，本技术实施例提供的一种船用自然工质液化系统，包括第一循环模块、第二循环模块和第三循环模块，其中：第一循环模块的进料为第一工质，第一循环模块的出料为第一气体和第一液体；第二循环模块与第一循环模块连通，第二循环模块的进料为第一气体，第二循环模块的出料为第二气体和第三气体，第二气体的压强低于第一气体的压强，第三气体的压强低于第一气体的压强；第三循环模块与第一循环模块连通，第三循环模块的进料为第一液体，第三循环模块的出料为第五气体，第五气体的温度高于第一液体的温度，且第五气体的压强高于第三气体的压强。如此，通过将第一工质作为冷却剂，并设置第一循环模块、第二循环模块和第三循环模块，提升第一工质的利用率，解决目前的自然工质液化系统的制冷效率过低，不能满足船舶的日常使用需的问题。

55、可以理解的是，本技术实施例提供的一种船用自然工质液化方法具有上述船用自然工质液化系统的所有技术特征和有益效果，在此不再赘述。