一种大型冷库气体膨胀制冷系统及其制冷方法

摘要

本发明提出一种大型冷库气体膨胀制冷系统及其制冷方法，解决了现有技术中冷库在制冷的时候消耗氟利昂的问题。所述制冷系统包括气体进口切换阀，还包括气体过滤器，气体进口切换阀依次与气体压缩机、气体换热器相连，气体换热器与透平膨胀机相连，透平膨胀机与冷气进风管相连，冷气进风管设置在冷库内，冷库内还设有热气出风管，热气出风管与气体换热器相连，气体换热器还与气体过滤器相连，气体压缩机、气体进口切换阀均与PLC控制模块相连，PLC控制模块上连有冷库温度探头。本发明不需要利用任何制冷剂，避免了氟利昂对大气臭氧层的破坏，通过透平膨胀机膨胀，将气体温度降低到所需的温度，减少了换热环节的时间和热量损失。

说明书

技术领域

本发明属于制冷领域，具体涉及一种大型冷库制冷系统及其制冷方法。

背景技术

氟利昂是几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称。我们生活中常用到的空调、 冰箱、冷气机等大多采用氟利昂做制冷剂。由于氟利昂化学性质稳定，且是有 机物，具有不燃、低毒、介电常数低、临界温度高、易液化等特性，因而广泛 用作冷冻设备和空气调节装置的制冷剂。

然而氟利昂会大量消耗臭氧物质，是臭氧层破坏的元凶。氟利昂是本世纪 20年代合成的，其化学性质稳定，不具有可燃性和毒性，被当作制冷剂、发泡 剂和清洗剂，广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等 领域。80年代后期，氟利昂的生产达到了高峰，产量达到了144万吨。在对氟 利昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟利昂已达到了2000万吨。由于它 们在大气中的平均寿命达数百年，所以排放的大部分仍留在大气层中，其中大 部分仍然停留在对流层，一小部分升入平流层。在对流层相当稳定的氟利昂， 在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解， 分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。科学家估计 一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。

根据资料，2003年臭氧空洞面积已达2500万平方公里。臭氧层被大量损耗 后，吸收紫外线辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加， 给人类健康和生态环境带来多方面的危害。据分析，平流层臭氧减少0.01%，全 球白内障的发病率将增加0.6-0.8%，即意味着因此引起失明的人数将增加1万到 1.5万人。

为此，我国出台了一项旨在保护臭氧层的措施，2010年后将全面禁止使用 氟利昂。按照有关部门制定的日程表：到2010年，我国将全面禁止生产和使用 消耗臭氧层的物质--氟里昂。按照这个日程表，我国将从1999年7月1日开始 把氟里昂的生产和消费水平冻结在1995～1997年的平均水平上，以后逐年减 少。2010年1月1日，氟利昂被我国禁止使用。然而，由于替代氟利昂的制冷 剂价格高，并且制冷效果远不如氟利昂，所以直至2013年8月1日，我国仍然 在使用氟利昂。而且据有关人员调查，未来数年甚至数十年内，我国氟利昂的 使用量将仍然会居高不下，保护臭氧层的形势也将依然十分严峻。

常规的冷库制冷机，是利用氟利昂作为制冷剂，通过压缩氟利昂，然后换 热器换热，降低氟利昂的温度，使氟利昂液化，然后通过节流效应，进一步降 低氟利昂的温度，再将低温的氟利昂与冷库中的空气采用间壁式换热，以降低 冷库中的温度。

发明内容

本发明提出一种大型冷库气体膨胀制冷系统及其制冷方法，解决了现有技 术中冷库在制冷的时候消耗氟利昂的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种大型冷库气体膨胀制冷系统，包括气体进口切换阀，还包括气体过滤 器，气体进口切换阀依次与气体压缩机、气体换热器相连，气体换热器与透平 膨胀机相连，透平膨胀机与冷气进风管相连，冷气进风管设置在冷库内，冷库 内还设有热气出风管，热气出风管与气体换热器相连，气体换热器还与气体过 滤器相连，气体压缩机、气体进口切换阀均与PLC控制模块相连，PLC控制模 块上连有冷库温度探头。

所述气体压缩机和气体换热器之间还设有气体干燥切换阀，气体干燥切换 阀的一个输出端与气体干燥器相连，气体干燥器的输出端与气体换热器相连。

所述热气出风管设置在冷气进风管上方。

气体换热器还与气体排放阀相连，气体排放阀与PLC控制模块相连。

一种大型冷库气体膨胀制冷系统制冷方法，是按照下述方式进行的：

（1）气体经过气体过滤器后过滤掉气体中的颗粒杂质和灰尘；

（2）过滤后的气体经过气体进口切换阀进入气体压缩机，被压缩后进入气 体换热器；

（3）气体换热器内的气体初步降温后进入透平膨胀机进行膨胀降温，之后 进入冷气进风管；

（4）冷气进风管内的冷气释放到冷库当中，而冷库中的热气流通过热气出 风管收集后送入气体换热器，之后再次进入气体进口切换阀。

步骤（2）中气体被气体压缩机压缩之后分为两种形式，第一种形式是干燥 度达到要求的气体经过气体干燥切换阀进入气体换热器，第二种形式是干燥度 不达标的气体经过气体干燥切换阀进入气体干燥器进行干湿度调节，之后再进 入气体换热器。

步骤（4）中从气体换热器出来的气体分为两种形式，第一种是冷库内的浊 气通过气体排放阀放掉，第二种是不含浊气的气体直接回到气体进口切换阀， 为下一循环做好准备。

进入气体过滤器的气体是空气或者氮气。

本发明不需要利用任何制冷剂，避免了氟利昂对大气臭氧层的破坏。可直 接将处理后的洁净气体压缩，通过透平膨胀机膨胀，将气体温度降低到所需的 温度，然后释放到冷库中去，可以达到快速制冷的效果，并且减少了换热环节 的时间和热量损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

其中：1.气体进口切换阀，2.气体过滤器，3.气体压缩机，4.气体干燥 切换阀，5.气体干燥器，6.气体换热器，7.透平膨胀机，8.冷库，9.热气出 风管，10.冷气进风管，11.冷库温度探头，12.气体排放阀，13.PLC控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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付出创造 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。

如图1所示，一种大型冷库气体膨胀制冷系统，包括气体进口切换阀1，还 包括气体过滤器2，气体进口切换阀1依次与气体压缩机3、气体换热器6相连， 气体换热器6与透平膨胀机7相连，透平膨胀机7与冷气进风管10相连，冷气 进风管10设置在冷库8内，冷库8内还设有热气出风管9，热气出风管9与气 体换热器6相连，气体换热器6还与气体过滤器2相连，气体压缩机3、气体进 口切换阀1均与PLC控制模块13相连，PLC控制模块13上连有冷库温度探头 11。

本发明工作过程如下：气体首先经过气体过滤器2过滤，去除其中的颗粒 杂质和灰尘，之后通过气体进口切换阀1进入气体压缩机3，被压缩至一定压力 的气体再经过气体换热器6初步降温，初步降温的气体在透平膨胀机7的作用 下被降至-40℃以下，之后冷却的气体通过冷气进风管10均匀的进入冷库8，而 冷库中上升的热气流则通过热气出风管9进入气体换热器6回收冷量之后，再 次进入气体进口切换阀1进入下一次循环。其中，PLC控制模块13接受冷库温 度探头11的温度信息，控制气体进口切换阀1、气体压缩机3的工作。

在大中型冷库中，经常存放生鲜水果或者蔬菜，因此，可能对气体的干湿 度有要求。因此，作为本发明的优选，所述气体压缩机3和气体换热器6之间 还设有气体干燥切换阀4，气体干燥切换阀4的一个输出端与气体干燥器5相连， 气体干燥器5的输出端与气体换热器6相连。这样设置之后，可以根据气体压 缩机3出来气体的干燥度进行选择，如果气体干湿度合适，则气体经过气体干 燥切换阀4之后直接进入气体换热器6，如果气体过为干燥或者湿度过大，则气 体压缩机3出来的气体先经过气体干燥器5调节干湿度，之后再进入气体换热 器。

所述热气出风管9设置在冷气进风管10上方。

一些大型冷库要对一些新鲜瓜果蔬菜做长期保鲜储存，可将进入气体进口 切换阀1内的空气更换为氮气。一方面氮气本身也可以作为制冷气体；另一方 面可以降低冷库中氧气含量，降低新鲜瓜果蔬菜的氧化作用，大大延长保鲜期。 当使用氮气的时候，冷库8内可能存在一些浑浊的空气等，在冷藏过程中，需 要首先将这些气体排出。因此，作为本发明的再一步改进，气体换热器6还与 气体排放阀12相连，气体排放阀12与PLC控制模块13相连。这样在初始运行 的时候，首先将气体排放阀12打开，将冷库8内的浊气排出，之后关闭气体排 放阀12，再将气体换热器6内出来的气体直接与气体进口切换阀1相连即可。 PLC控制模块13可以控制气体排放阀12和气体进口切换阀1的工作。

另外，根据冷库8的大小、内部存储物体的不同，气体干燥器5的处理量 可以调节，这样可以及时的对气体干湿度进行调节。

本发明所述的大型冷库气体膨胀制冷系统制冷方法，是按照下述方式进行 的：

（1）气体经过气体过滤器2后过滤掉气体中的颗粒杂质和灰尘；

（2）过滤后的气体经过气体进口切换阀1进入气体压缩机3，被压缩后进 入气体换热器6；

（3）气体换热器6内的气体被降温之后进入透平膨胀机7进行膨胀降温， 之后进入冷气进风管10；

（4）冷气进风管10内的冷气均匀的释放到冷库8当中，而冷库8中的热 气流通过热气出风管9收集后送入气体换热器6，之后再次进入气体进口切换阀 1。

作为优选，步骤（2）中气体被气体压缩机3压缩之后分为两种形式，第一 种形式是干燥度达到要求的气体经过气体干燥切换阀4进入气体换热器6，第二 种形式是干燥度不达标的气体经过气体干燥切换阀4进入气体干燥器5进行干 湿度调节，之后再进入气体换热器6。

作为再一步优选，步骤（4）中从气体换热器6出来的气体分为两种形式， 第一种是冷库内的浊气通过气体排放阀12放掉，第二种是不含浊气的气体直接 回到气体进口切换阀，为下一循环做好准备。

本发明具有下述优点：

1、本发明采用压缩气体膨胀制冷技术，直接将气体自身温度降低到低温状 态，不需要氟利昂等制冷剂作为制冷媒介；

2、可以用纯氮气替换空气，作为制冷气体，同时氮气还可起到长期保险的 作用；

3、系统中配套了气体干燥器5，可以根据冷库中的湿度示值，对气体进行 适当的干燥处理，保证冷库中的含水量维持在合适的量，避免含水量过多而结 霜严重，含水量过少导致冷藏物品缺水。

4、整套设备配置简单，投资成本低，且操作方便。

5、直接通过压缩气体膨胀制冷来降低气体温度，降温速度快；降温过程不 需要换热，减少了换热过程的冷量损失，降低能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。