互備型制冷系統的制作方法

本發明涉及制冷技術領域，尤其涉及一種互備型制冷系統。

背景技術：

船用冷水機組受限于安裝空間狹窄，難以像民用機組一樣拆卸和維修，尤其是殼管的維修難度更大。同時船用冷水機組中的冷凝器所使用的的換熱介質為海水，泥沙較大，水質極差，導致殼管故障率非常高，而蒸發器雖然使用淡水，但長期使用時水質也非常差，殼管故障率逐漸成為船用冷水機組故障重災區。因此船用冷水機組的殼管既存在經常維修的需求，同時也存在較大的維修難度。

為了降低故障率，行業內傾向于選用多臺機組作為冷源，機組間整體互為備用，但對于船用冷水機組來說，由于受限于安裝空間的局限性，又需要機組緊湊化設計，因此只能盡可能減小單臺機組的體積，進而影響冷水機組的性能。對于冷量需求大的船只來說，冷水機組多采用雙系統機組，并使雙系統機組的蒸發器和冷凝器各共用一個殼體。這種雙系統機組實際上仍然是兩個獨立系統，通過共用殼體的方式來解決體積問題，但當殼管發生故障時則會導致整個雙系統機組無法使用。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種互備型制冷系統，能夠兼顧制冷系統的獨立性和互備性，進而提高整體的可用性。

為實現上述目的，本發明提供了一種互備型制冷系統，包括至少兩套獨立的制冷劑循環系統，所述制冷劑循環系統具有至少包括壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流器的多個功能單元，在至少一套獨立的制冷劑循環系統的壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流器中的各個相鄰功能單元之間的主管路上設有與另一套獨立的制冷劑循環系統中的對應位置連通的旁通管路，在所述主管路與所述旁通管路的連接位置設有控制所述主管路和旁通管路的通斷關系的選通閥門，通過各個所述選通閥門的選通方向實現所述制冷劑循環系統中各功能單元及相應管路的互備使用。

進一步地，各個所述制冷劑循環系統中對應的功能單元均采用相同功能和型號的部件。

進一步地，各個所述制冷劑循環系統的蒸發器分別采用獨立的冷媒水進行熱量交換，或者通過分流的方式共用一路冷媒水進行熱量交換。

進一步地，各個所述制冷劑循環系統的冷凝器分別采用獨立的冷卻水進行熱量交換，或者通過分流的方式共用一路冷卻水進行熱量交換。

進一步地，還包括控制機構，能夠根據制冷量需求運行各套所述制冷劑循環系統中的任一套或多套所述制冷劑循環系統。

進一步地，還包括控制機構，能夠根據各個制冷劑循環系統中作為主用的制冷劑循環系統中的各個功能單元的故障情況，控制發生故障的功能單元與相鄰功能單元之間的選通閥門選通到連通作為備用的制冷劑循環系統中的對應功能單元的旁通管路。

進一步地，所述控制機構包括分別設置在各套所述制冷劑循環系統中的控制器，且所述控制器均與自身所在所述制冷劑循環系統中的壓縮機和各個選通閥門電連接，各套所述制冷劑循環系統中的控制器相互通信。

進一步地，所述控制機構包括主控制器和分別設置在各套所述制冷劑循環系統中的控制器，且所述控制器均與自身所在所述制冷劑循環系統中的壓縮機和各個選通閥門電連接，各套所述制冷劑循環系統中的控制器均分別與所述主控制器相互通信。

進一步地，還包括制冷劑平衡模塊，用于平衡所述制冷劑循環系統之間的制冷劑充注量，所述制冷劑平衡模塊設置在各套所述制冷劑循環系統中的冷凝器之間，和/或各套所述制冷劑循環系統中的蒸發器之間。

進一步地，所述制冷劑平衡模塊包括電動控制閥門。

進一步地，還包括儲液器和制冷劑回收裝置，所述制冷劑回收裝置能夠在所述制冷劑循環系統停機時將所述制冷劑循環系統中的制冷劑回收到所述儲液器中。

進一步地，還包括儲液器和制冷劑回收裝置，所述控制機構還能夠在檢測到主用的所述制冷劑循環系統中的功能單元故障時，使該主用的制冷劑循環系統停機，并通過所述制冷劑回收裝置對所述制冷劑循環系統中的制冷劑回收回收到所述儲液器中，然后控制對應的選通閥門，以使作為備用的制冷劑循環系統中的對應功能單元替換故障的功能單元來組成新的制冷劑循環通路，再通過所述制冷劑回收裝置將所述儲液器中的制冷劑充注到新的制冷劑循環通路中。

進一步地，所述選通閥門包括三通閥。

進一步地，所述制冷劑循環系統為船用冷水機組，對應的所述互備型制冷系統為互備型船用冷水機組。

進一步地，所述冷凝器采用的冷媒水為淡水或海水。

進一步地，所述互備型船用冷水機組包括兩套所述船用冷水機組以組成雙系統機組，兩套所述船用冷水機組中的壓縮機、冷凝器和蒸發器共用同一安裝底盤。

進一步地，兩套所述船用冷水機組中的冷凝器和蒸發器均平行且鄰接安裝布置。

進一步地，兩套所述船用冷水機組中的壓縮機相對于所述安裝底盤的中心線對稱安裝布置。

基于上述技術方案，本發明在至少一套獨立的制冷劑循環系統的壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流器中各個相鄰功能單元之間主管路設置與另一套獨立的制冷劑循環系統中的對應位置連通的旁通管路，在主管路與旁通管路的連接位置設有控制主管路和旁通管路的通斷關系的選通閥門，通過各個所述選通閥門的選通方向能夠實現所述制冷劑循環系統中各功能單元的互備使用，通過獨立的制冷劑循環系統之間各功能單元的互備使用，進而兼顧了制冷系統的獨立性和互備性，從而使制冷系統整體的可用性得以提高。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明互備型制冷系統的一實施例的原理示意圖。

圖2為本發明互備型制冷系統的另一實施例的原理示意圖。

圖3為本發明互備型制冷系統的又一實施例的原理示意圖。

圖4為本發明互備型制冷系統為互備型船用冷水機組實施例時的單系統的原理示意圖。

圖5為本發明互備型制冷系統為互備型船用冷水機組實施例的原理示意圖。

圖6-8分別為本發明互備型制冷系統為互備型船用冷水機組實施例在不同視角的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，為本發明互備型制冷系統的一實施例的原理示意圖。在本實施例中，互備型制冷系統包括至少兩套獨立的制冷劑循環系統。其中，每個制冷劑循環系統具有至少包括壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流器的多個功能單元。在至少一套獨立的制冷劑循環系統的壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流器中的各個相鄰功能單元之間主管路設有與另一套獨立的制冷劑循環系統中的對應位置連通的旁通管路，在所述主管路與所述旁通管路的連接位置設有控制所述主管路和旁通管路的通斷關系的選通閥門，通過各個所述選通閥門的選通方向實現所述制冷劑循環系統中各功能單元及相應管路的互備使用。

參考圖1可以看到，圖中左右兩側各有一套獨立的制冷劑循環系統，且都具備制冷系統的四大功能單元。為了使兩套制冷劑循環系統之間能夠實現各個功能單元的互備使用，在相鄰功能單元之間，左側制冷劑循環系統中的壓縮機a與冷凝器a之間、冷凝器a與節流器a之間、節流器a與蒸發器a之間和蒸發器a與壓縮機a之間分別設有選通閥門v1、v2、v3和v4，該選通閥門只要能夠實現冷媒流通路徑的選擇功能即可，可不限于圖1中所采用的三通閥作為選通閥門。

各個選通閥門均連接了一條旁通管路，而旁通管路的另一端則聯接在右側制冷劑循環系統中的對應位置，即選通閥門v1通過旁通管路連接到壓縮機b與冷凝器b之間的主管路位置，選通閥門v2通過旁通管路連接到冷凝器b與節流器b之間的主管路位置，選通閥門v3通過旁通管路連接到節流器b與蒸發器b之間的主管路位置，選通閥門v4通過旁通管路連接到蒸發器b與壓縮機b之間的主管路位置。對于本發明互備型制冷系統來說，選通閥門并不僅限于設置在左側制冷劑循環系統中，其在另一個實施例中選通閥門也可以設置在右側制冷劑循環系統中，或者在各套制冷劑循環系統中都設置選通閥門，以實現更復雜的閥門控制要求。另外，圖1的雙獨立制冷劑循環系統的功能單元互備的例子主要為了方便說明，在其他實施例中也可以采用三獨立制冷劑循環系統，或四個以上的獨立制冷劑循環系統的功能單元互備，其實現原理均可參照此處的雙獨立制冷劑循環系統的功能單元互備方案，這里就不再贅述了。

在圖1中，無論是左側的制冷劑循環系統，還是右側的制冷劑循環系統均可以單獨運行，根據情況兩側的制冷劑循環系統也可以同時運行。假設某套正在運行的制冷劑循環系統中的功能單元發生故障，則可以切換到另一套制冷劑循環系統運行，即整套獨立的制冷劑循環系統的主備切換。當然，也可以利用選通閥門的切換來實現制冷劑循環系統中的功能單元的主備切換。

為了便于控制，在本發明互備型制冷系統中還可以包括控制機構，能夠根據制冷量需求運行各套所述制冷劑循環系統中的任一套或多套所述制冷劑循環系統。舉例來說，如果當前的制冷量需求較小，則可以僅運行其中一套制冷劑循環系統，而如果制冷量需求稍大，則可以運行兩套或三套制冷劑循環系統，而當制冷量需求達到最大，則可以將多套制冷劑循環系統中的所有制冷劑循環系統均運行起來。該控制機構的具體控制方式可以是控制機構與各個制冷劑循環系統中的壓縮機和選通閥門通信連接，通過控制壓縮機開啟和關閉來實現要運行的制冷劑循環系統的選擇。

控制機構的形式可以是中央統一控制的方式，也可以是各個制冷劑循環系統均具有自己的控制器，即控制機構包括主控制器和分別設置在各套所述制冷劑循環系統中的控制器，且所述控制器均與自身所在所述制冷劑循環系統中的壓縮機和各個選通閥門電連接，各套所述制冷劑循環系統中的控制器均分別與所述主控制器相互通信。這樣，主控制器可以根據來自各獨立系統控制器傳遞的狀態數據進行系統間的控制協調。在另一個實施例中，還可以不設置主控制器，即控制機構包括分別設置在各套所述制冷劑循環系統中的控制器，且所述控制器均與自身所在所述制冷劑循環系統中的壓縮機和各個選通閥門電連接，各套所述制冷劑循環系統中的控制器相互通信，以傳遞內部系統的運行狀態、功能單元的可用性等數據，以便各控制單元之間進行相互協調。

在上述實施例中，控制機構能夠根據各個制冷劑循環系統中作為主用的制冷劑循環系統中的各個功能單元的故障情況，控制發生故障的功能單元與相鄰功能單元之間的選通閥門選通到連通作為備用的制冷劑循環系統中的對應功能單元的旁通管路。舉例來說，如果圖1中作為主用的左側制冷劑循環系統中節流器a發生故障，則控制機構可以控制選通閥門v3和v4切換到連通到作為備用的右側制冷劑循環系統的旁通通道上，以使在左側制冷劑循環系統中循環的制冷劑能夠借用右側制冷劑循環系統中的節流器b，從而確保循環的正常運行。

再舉例來說，在整個系統啟動前，控制機構可以得知各個獨立的制冷劑循環系統中功能單元的狀態，假設其發現圖1中壓縮機a發生故障，冷凝器b也發生故障，則控制機構可以采用兩種控制方式來實現制冷工作的正常運行，一種是將左側制冷劑循環系統中的選通閥門v1和v2切換到旁通右側制冷劑循環系統中的旁通通道，再將選通閥門v3和v4維持在選通主通道，這樣制冷劑的循環路徑即為壓縮機b→冷凝器a→節流器a→蒸發器a→壓縮機b；另一種是將左側制冷劑循環系統中的選通閥門v1和v3切換到旁通右側制冷劑循環系統中的旁通通道，再將選通閥門v2和v4維持在選通主通道，這樣制冷劑的循環路徑即為壓縮機b→冷凝器a→節流器b→蒸發器b→壓縮機b。

控制機構可以根據各個獨立的制冷劑循環系統中功能單元的狀態，按照一定的策略選擇控制對象，并智能判斷切換控制內部規則，選擇所需使用的負載，以及時組成實現一套完整的制冷系統。對于具有主控制器的控制機構來說，其可以通過多套制冷劑循環系統中的功能元件以及控制機構采集到的數據的相互借用來制定系統組成的策略，而借用時機與準確性則由主控制器依據采集到的變量進行智能化判斷。

對于整個互備型制冷系統來說，其所包括的各個制冷劑循環系統中對應的功能單元可采用不同功能和不同型號的部件，以便滿足不同的系統構成需求。而在另一個優選實施例中，則可使各個制冷劑循環系統中對應的功能單元均采用相同功能和型號的部件，以實現各獨立系統間的完全互換性，提高整體制冷系統的可用性。

在上述本發明互備型制冷系統的各實施例中，功能單元并不僅限于圖1中構成制冷劑循環系統的四個基本功能單元，還可以包括其他功能單元，例如氣液分離器、再熱器等，功能單元也可以是壓縮機、冷凝器、節流器和蒸發器這四個基本功能單元中的具體組成部件，例如組成節流器的電磁膨脹閥、節流管等，相應的選通閥門可以根據需要設置更多，以便滿足獨立制冷劑循環系統中更多的功能單元的互備要求。

如圖2所示，為本發明互備型制冷系統的另一實施例的原理示意圖。與上一實施例相比，本實施例中各個所述制冷劑循環系統的蒸發器通過分流的方式(例如使用多通元件)共用一路冷媒水進行熱量交換。參考圖2，左側制冷劑循環系統中的蒸發器a的冷媒水出口p1-1與右側制冷劑循環系統中的蒸發器b的冷媒水出口p2-1共用一路輸出冷媒水，而蒸發器a的冷媒水進口p1-2和蒸發器b的冷媒水進口p2-2共用一路輸入冷媒水。通過這種分流并共用一路冷媒水輸入輸出的結構可以簡化系統外部的連接關系，當然在另一實施例中也可以使各個所述制冷劑循環系統的蒸發器分別采用獨立的冷媒水進行熱量交換。

在本實施例中，冷凝器的冷卻水輸入輸出也可以參照蒸發器的冷媒水輸入輸出進行設計，即各個所述制冷劑循環系統的冷凝器分別采用獨立的冷卻水進行熱量交換，或者通過分流的方式共用一路冷卻水進行熱量交換。另外，各個所述制冷劑循環系統的蒸發器之間可以互換冷媒水的供應管路，冷凝器之間也可以互換冷卻水的供應管路。

如圖3所示，為本發明互備型制冷系統的又一實施例的原理示意圖。與之前的各實施例相比，本實施例還包括制冷劑平衡模塊，該模塊用于平衡所述制冷劑循環系統之間的制冷劑充注量，即制冷劑充注量平衡的參考可以為控制機構采集的壓力、溫度、油位等。所述制冷劑平衡模塊設置在各套所述制冷劑循環系統中的冷凝器之間，和/或各套所述制冷劑循環系統中的蒸發器之間。參考圖3，制冷劑平衡模塊可以包括電動控制閥門，冷凝器a和冷凝器b之間設置有電動控制閥門v5，蒸發器a和蒸發器b之間設置有電動控制閥門v6。這種制冷劑平衡方式占用體積較小，同時需要配置的管路和閥門較少。在另一實施例中，也可以采用制冷劑回收方式，即互備型制冷系統還包括儲液器和制冷劑回收裝置，所述制冷劑回收裝置能夠在所述制冷劑循環系統停機時將所述制冷劑循環系統中的制冷劑回收到所述儲液器中。

對于控制機構來說，其還能夠在檢測到主用的所述制冷劑循環系統中的功能單元故障時，使該主用的制冷劑循環系統停機，并通過所述制冷劑回收裝置對所述制冷劑循環系統中的制冷劑回收回收到所述儲液器中，然后控制對應的選通閥門，以使作為備用的制冷劑循環系統中的對應功能單元替換故障的功能單元來組成新的制冷劑循環通路，再通過所述制冷劑回收裝置將所述儲液器中的制冷劑充注到新的制冷劑循環通路中。

前述互備型制冷系統的各實施例可采用民用機組，也可以適用于船用冷水機組，即前述制冷劑循環系統為船用冷水機組，對應的互備型制冷系統為互備型船用冷水機組。對于船用冷水機組來說，由于其易發生殼管故障，而本發明的互備型船用冷水機組通過獨立的冷水機組之間、功能單元及相應管路之間的良好互備性極大的提高了船用冷水機組的整體可用性。而且，這種獨立的冷水機組可以組裝成成套互備設備，能夠減少維修空間和安裝占用空間，從而提升冷水機組的緊湊性。

參考圖4-圖5，圖5中的雙系統機組由兩套單系統的冷水機組組成，圖4示出了圖5中左側的單套冷水機組實例。在圖4中，冷水機組可以包括壓縮機1-1、冷凝器2-1、節流機構3-1和干式蒸發器4-1，在循環系統中還有多個球閥v-11、v-12、v-14等。而節流機構3-1可以具體包括干燥過濾器f-1、球閥v-13、并聯的電磁閥v-15、電子膨脹閥v-16和電磁閥v-17、孔板v-18。其中，并聯的電磁閥v-15、電子膨脹閥v-16和電磁閥v-17、孔板v-18相當于兩套互備的節流機構，而對于雙系統機組來說，相當于有四套節流機構互為備用。在本實施例中，冷凝器采用的冷媒水為海水，在另一實施例中冷媒水還可以采用淡水，以省去機組的防腐設計。

在圖5中示出的雙系統機組中，箭頭表示冷媒流動的方向，各個功能單元以及選通閥門的設置位置和連接方式以及用于平衡蒸發器間制冷劑的電動控制閥門均可參考圖1-圖3，這里不再詳述。

圖6-圖8分別示出了本發明互備型制冷系統為互備型船用冷水機組實施例在不同視角的結構。從圖6-圖8中可以看到，組成雙系統機組的兩套船用冷水機組的壓縮機、冷凝器和蒸發器共用了同一安裝底盤。其中，兩套船用冷水機組中的冷凝器2-1和2-2以及蒸發器4-1和4-2均平行且鄰接安裝布置，以節省占用空間。冷凝器2-1和2-2以及蒸發器4-1和4-2可以均平行于地面，并且在安裝底盤6上可設置水平且相互鄰接的安裝座來分別安裝冷凝器2-1和2-2以及蒸發器4-1和4-2。兩套所述船用冷水機組中的壓縮機1-1和1-2由于相對橫向尺寸較短，則可以相對于安裝底盤的中心線對稱安裝布置，以減少占用空間，而壓縮機1-1和1-2的布置方向也可以與冷凝器和蒸發器相平行。

除了壓縮機、冷凝器和蒸發器等較大體積的部件之外，各種閥門和控制機構可以設置在電氣控制箱中。參考圖6，兩套所述船用冷水機組中的電氣控制箱5-1和5-2也可以共用同一安裝底盤6，并且電氣控制箱5-1和5-2可以并排安裝，以節省空間。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。