CN102042728B - 一种流态冰的制取方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流态冰的制取方法，包括湿空气冷凝制冰循环和制冷剂循环两个循环。这两个循环同时进行。制冷剂循环为湿空气冷凝制冰循环提供冷源。应用该方法制取流态冰的装置包括湿空气冷凝制冰循环组件和制冷剂循环组件，其中：湿空气冷凝制冰循环组件包括淋激式冷凝器、风机、风量调节阀、制冰室、过冷水解冷器、储冰槽和冰水分离器。制冰室包括顶端和底端均为开口的外筒和内筒，内筒位于外筒中，并固定连接在外筒的内壁上。制冷剂循环组件包括淋激式冷凝器、制冷压缩机、空气冷凝器、膨胀阀和制冰室。本发明实现了***稳定、制冰效率高、***节能以及不会产生冰堵的目的。

Description

一种流态冰的制取方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种流态冰的制取方法及其装置。

背景技术

冰蓄冷技术是目前电力“移峰填谷”和解决电力不足的重要方法之一。该技术利用夜间廉价且充裕的电力高效地制冰蓄冷，在电力尖峰时间融冰释冷。为了克服静态冰蓄冷的固有缺陷，各种动态冰蓄冷方式成为目前研究的热点。流态冰作为动态制冰的一种，它是以水为基础的悬浮冰颗粒的溶液，它可以被泵抽取，另外由于冰浆由许多微小的冰晶组成，这使得它与传统的冰槽蓄冷相比在热交换时有较大的换热面积，能更有效地适应冷负荷的变化，而且在***冷负荷变化时，温度控制的准确性和稳定性大大提高。从应用范围来看，流态冰不仅可以应用到冰蓄冷空调***中，还可以应用到食品冷藏、渔业生产、消防和临床医学等领域，其应用前景非常广阔。

   目前流态冰制冰方法主要有直接接触式制冰法、刮削式制冰法、真空式制冰法和过冷水法。直接接触式制冰法要求相接触的两种介质不互相溶解，因此制冷剂的选择范围较窄，且运行一段时间后存在性能的衰减问题。另外，由于不可能完全将水与冷媒分离，制成的冰被乳化污染，对于在食品保鲜相关行业中的应用是不利的，环保性差。刮削式制冰法必须配置有外部电机驱动的旋转叶片，其结构及制造工艺复杂，能耗大，故障率高。真空式制冰法在制冰过程中需要保持真空，整个装置的气密性和真空度要求较高，结构比较复杂。过冷水法是通过水在过冷却器中被冷却至过冷状态（低于0℃），然后进入蓄冰槽，在蓄冰槽中，过冷水过冷状态消除成为冰水混合物，其中的冰留在蓄冰槽中，水被分离出去再次进入过冷却器。过冷水动态制冰过程中，水与冷媒之间始终保持恒定的较高的换热系数，制冰率较高，能量损失较小，但水的过冷状态是一个不稳定的状态，很难保持并极易发生相变，因此过冷水经常在遇到解冷装置之前就在过冷却器内结冰，从而产生冰堵的问题，同时，对蒸发温度的控制要求非常精确，难度较大。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是，提供一种流态冰的制取方法及其装置，可以解决冰堵和能效低的问题，具有很好的节能效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的流态冰的制取方法包括同时进行的湿空气冷凝制冰循环和制冷剂循环，制冷剂循环为湿空气冷凝制冰循环提供冷源，其中：所述的湿空气冷凝制冰循环是：高湿空气在风机的作用下，经过风量调节阀的调节后，进入制冰室的外筒内壁和制冰室的内筒外壁之间的通道中；高湿空气在该通道中与制冰室外筒壁外处的低温制冷剂进行热交换，变成湿空气；湿空气冷却凝结，从空气中凝结出来的细小水滴在下降过程中与冷凝后的湿空气继续发生热量交换而进一步冷却；冷却过冷后的水滴，经过冷水解冷器解冷后产生冰晶，未结冰的水滴经储冰槽下部的冰水分离器分离后流出储冰槽；冷凝过后的低温低湿空气通过制冰室内筒排出；在排出的过程中，低温低湿空气通过内筒壁面与送入制冰室的高湿空气进行换热，使高湿空气冷却效果得到进一步强化；然后将制冰室内筒中的低温低湿空气排入淋激式冷凝器中，低温低湿空气吸收制冷剂循环的部分冷凝热，并加湿后变成高湿空气；淋激式冷凝器将高湿空气排出，在风机的作用下再一次进入制冰室中冷凝制冰，从而完成一个湿空气冷凝制冰循环；所述的制冷剂循环是：制冷压缩机将高温高压气态制冷剂排入淋激式冷凝器中，淋激式冷凝器中的循环水和制冰室排出的低温低湿空气冷却该制冷剂；随后，淋激式冷凝器将冷却后的制冷剂排入空气冷凝器中，制冷剂进一步冷凝液化，形成高压液态制冷剂；高压液态制冷剂经膨胀阀节流后，进入制冰室；通过外筒的壁面，制冷剂与制冰室内的高湿空气发生热量交换，吸收高湿空气的热量并汽化后，制冷压缩机将制冷剂吸入，从而完成了一个完整的制冷剂循环。

将所述的制冰室内筒排出的湿空气，和淋激式冷凝器排出的湿空气，在热交换器中进行显热交换。

一种制取流态冰的装置，包括湿空气冷凝制冰循环组件和制冷剂循环组件，其中：所述的湿空气冷凝制冰循环组件，包括淋激式冷凝器、风机、风量调节阀、制冰室、过冷水解冷器、储冰槽和冰水分离器；制冰室包括顶端和底端均为开口的外筒和内筒，内筒位于外筒中，并固定连接在外筒的内壁上；过冷水解冷器位于储冰槽的上部，冰水分离器位于储冰槽的底部；淋激式冷凝器的出风口通过管道与风机的进风口连通，风机的出风口与风量调节阀的一端连通，风量调节阀的另一端通过管道与制冰室的外筒顶端连通，制冰室的外筒底端与储冰槽的进口连通，制冰室的内筒顶端通过管道与淋激式冷凝器的进风口连通；所述的制冷剂循环组件包括淋激式冷凝器、制冷压缩机、空气冷凝器、膨胀阀和制冰室，制冰室的制冷剂出口通过管道与制冷压缩机的低压进气口连通，制冷压缩机的高压排气口通过管道与淋激式冷凝器的制冷剂进口连通，淋激式冷凝器的制冷剂出口通过管道与空气冷凝器的制冷剂进口连通，空气冷凝器的制冷剂出口通过膨胀阀与制冰室制冷剂入口连通。

所述的制取流态冰的装置，还包括热交换器，热交换器位于连通淋激式冷凝器和风机的管道上，同时也位于连通制冰室内筒和淋激式冷凝器的管道上。

有益效果：与现有技术相比，采用本发明的技术方案的优点是：

1.有效的避免了冰堵现象，提高了制取流态冰的稳定性和效率。本技术方案中的流态冰的制取方法及其装置，在制冰室中设置了外筒和内筒，高湿空气在内筒和外筒之间的通道中，凝结过冷制取冰晶，制冰室外筒中的低温制冷剂与制冰室中的高湿空气发生热交换，湿空气冷凝时产生的水滴比较均匀并且粒径很小，增加了水滴的换热面积，水滴在下落过程中与冷凝后的空气继续进行换热，实现过冷，经过冷水解冷器解冷后形成冰晶。这种结构的制取流态冰的装置克服了传统过冷水法动态制冰装置容易发生冰堵的缺陷，提高了制取流态冰的稳定性和效率。

2.二次换热，增大了换热面积，提高了换热效率。本技术方案中的制冰室内部设一个内筒空气通道，高湿空气由制冰室的上部进入，在制冰室外筒内壁面和内筒外壁面之间的通道内流动，通过制冰室的壁面与壁外的低温制冷剂换热，空气到达制冰室的底部后，经内筒空气通道再向上运动排出制冰室，内筒通道中向上运动的低温低湿空气与进入制冰室的高湿空气通过内筒壁面同样进行热交换，使进入制冰室的高湿空气被冷却，因为增加了二次换热，增大了换热面积，提高了换热效率。

3.节能效果显著。本技术方案中，利用淋激式冷凝器来加热加湿制冰所用的循环空气，这不仅解决了循环空气的加湿问题，而且充分利用了制冷循环的大部分冷凝废热，整个装置的节能效果显著。

4.有效的提高了热交换效率。本技术方案还可以包括热交换器，该热交换器位于连通淋激式冷凝器和风机的管道上，同时也位于连通制冰室内筒和淋激式冷凝器的管道上。经淋激式冷凝器加热加湿后的高湿空气经热交换器与制冰室排出的低温低湿空气经行换热后被冷却，增加相对湿度后，进入制冰室进行冷凝过冷制取冰晶。由于采用了热交换器，整个装置的热交换效率得到了较大提高。

附图说明

图1是本发明的装置结构组成框图。

图2是本发明的一种改进方案的结构组成框图。

图3是本发明的另一种改进方案的结构组成框图。

图中有：淋激式冷凝器1、风机2、风量调节阀3、制冰室4、外筒401、内筒402、过冷水解冷器5、储冰槽6、冰水分离器7、制冷压缩机8、空气冷凝器9、膨胀阀10、热交换器11、回水管12、水流量调节阀13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实例进行详细的阐述。

本发明的流态冰的制取方法包括了湿空气冷凝制冰循环过程和制冷剂循环过程。这两个循环过程是同时进行的。制冷剂循环为湿空气冷凝制冰循环提供冷源。

湿空气冷凝制冰循环过程是：高湿空气在风机2的作用下，经过风量调节阀3的调节后，进入制冰室4的外筒401内壁和制冰室4的内筒402外壁之间的通道中；高湿空气在该通道中自上而下流动，并与制冰室4外筒401壁外处的低温制冷剂进行热交换，变成湿空气；湿空气冷却凝结后，从空气中凝结出来的细小水滴；水滴在下降过程中与冷凝后的湿空气继续发生热量交换而被进一步冷却；冷却过冷后的水滴，经过冷水解冷器5解冷后产生冰晶，未结冰的水滴经储冰槽6下部的冰水分离器7分离后流出储冰槽6；冷凝过后的低温低湿空气通过制冰室4内筒402自下而上排出；在排出的过程中，低温低湿空气通过内筒402壁面与送入制冰室4的高湿空气进行换热，使高湿空气冷却效果得到进一步强化；然后将制冰室4内筒402中的低温低湿空气排入淋激式冷凝器1中，低温低湿空气吸收制冷剂循环的部分冷凝热，并加湿后，变成高湿空气；淋激式冷凝器1将高湿空气排出，在风机2的作用下再一次进入制冰室6中冷凝制冰，从而完成一个湿空气冷凝制冰循环。此循环可以往复进行。

制冷剂循环过程是：制冷压缩机8将高温高压气态制冷剂排入淋激式冷凝器1中，在淋激式冷凝器1中，淋激式冷凝器1中的循环水和制冰室4排出的低温低湿空气冷却该制冷剂；随后，淋激式冷凝器1将冷却后的制冷剂排入空气冷凝器9中；在空气冷凝器9中，制冷剂进一步冷凝液化，形成高压液态制冷剂；高压液态制冷剂经膨胀阀10节流后，进入制冰室4；通过外筒401的壁面，制冷剂与制冰室4内的高湿空气发生热量交换，吸收高湿空气的热量并汽化后，制冷压缩机8将制冷剂吸入，从而完成了一个完整的制冷剂循环。此循环可以往复进行。

如图1所示，本发明应用上述方法制取流态冰的装置，包括湿空气冷凝制冰循环组件和制冷剂循环组件。所述的湿空气冷凝制冰循环组件，包括淋激式冷凝器1、风机2、风量调节阀3、制冰室4、过冷水解冷器5、储冰槽6和冰水分离器7。制冰室4包括顶端和底端均为开口的外筒401和内筒402。内筒402位于外筒401中，并固定连接在外筒401的内壁上。过冷水解冷器5位于储冰槽6的上部，冰水分离器7位于储冰槽6的底部。淋激式冷凝器1的出风口通过管道与风机2的进风口连通，风机2的出风口与风量调节阀3的一端连通，风量调节阀3的另一端通过管道与制冰室4的外筒401顶端连通，制冰室4的外筒401底端与储冰槽6的进口连通，制冰室4的内筒402顶端通过管道与淋激式冷凝器1的进风口连通。制冷剂循环组件包括淋激式冷凝器1，制冷压缩机8、空气冷凝器9、膨胀阀10和制冰室4。该循环组件中的淋激式冷凝器1和制冰室4，与湿空气冷凝制冰循环组件中的淋激式冷凝器1和制冰室4是同一个淋激式冷凝器和制冰室。制冰室4的外筒401中设置有制冷剂进口和制冷剂出口。在制冷剂循环组件中，制冰室4的制冷剂出口通过管道与制冷压缩机8的低压进气口连通，制冷压缩机8的高压排气口通过管道与淋激式冷凝器1的制冷剂进口连通，淋激式冷凝器1的制冷剂出口通过管道与空气冷凝器9的制冷剂进口连通，空气冷凝器9的制冷剂出口通过管道与膨胀阀10的一端连通，膨胀阀10的另一端通过管道与制冰室4制冷剂入口连通。

该结构的制取流态冰的装置，在制冰室4中设置了外筒401和内筒402，高湿空气在内筒402和外筒401之间的通道中，凝结过冷制取冰晶，制冰室4外筒401中的低温制冷剂与制冰室4中的高湿空气发生热交换，湿空气冷凝时产生的水滴比较均匀并且粒径很小，增加了水滴的换热面积，水滴在下落过程中与冷凝后的空气继续进行换热，实现过冷，经过冷水解冷器5解冷后形成冰晶。这种结构的制取流态冰的装置克服了传统过冷水法动态制冰装置容易发生冰堵的缺陷，提高了制取流态冰的稳定性和效率。同时，高湿空气由制冰室4的上部进入，在制冰室4外筒401内壁面和内筒402外壁面之间的通道内流动，通过制冰室4的壁面与壁外的低温制冷剂换热，空气到达制冰室4的底部后，经内筒402空气通道再向上运动排出制冰室4，内筒402通道中向上运动的低温低湿空气与进入制冰室4的高湿空气通过内筒402壁面同样进行热交换，使进入制冰室4的高湿空气被冷却，因为增加了二次换热，增大了换热面积，提高了换热效率。另外，利用淋激式冷凝器1来加热加湿制冰所用的循环空气，这不仅解决了循环空气的加湿问题，而且充分利用了制冷循环的大部分冷凝废热，整个装置的节能效果显著。

进一步，如图2所示，所述的制取流态冰的装置，还包括热交换器11，热交换器11位于连通淋激式冷凝器1和风机2的管道上，同时也位于连通制冰室4内筒402和淋激式冷凝器1的管道上。该热交换器11可以采用现有的气体与气体热交换器结构。安装热交换器11后，从制冰室4内筒402排出的低温低湿空气，通过热交换器11与进入制冰室4的高湿空气发生显热交换，进入制冰室4的高湿空气被冷却的同时其相对湿度也得到提高，而从制冰室4排出的低温低湿空气经热交换器11换热升温后，进入淋激式冷凝器1中。由于采用了热交换器11，整个装置的热交换效率得到了很大的提高。

进一步，如图3所示，所述的制取流态冰的装置，还包括回水管12和水流量调节阀13。回水管12一端与冰水分离器7的出水口连接，另一端与淋激式冷凝器1的储水槽连接。水流量调节13设置在回水管12上。在储冰槽11中，未形成冰的水滴通过冰水分离器10分离后，可以经水量调节阀13返回到淋激式冷凝器1的储水槽中被再次利用。这样可以减少外部对淋激式冷凝器1的注水量，有效循环利用水资源。

进一步，所述的制冰室4的制冷剂入口位于制冰室4的下部，制冰室4的制冷剂出口位于制冰室4的上部。由于制冰室4的进风口位于上部，出风口位于下部，即空气在外筒和内筒之间的通道上的流动方向是自上而下，所以当制冷剂在制冰室4外筒中的流动方向是自下而上的时候，可以增加制冷剂和通道中的气体的换热效果。

进一步，所述的制冷室4的外筒401和内筒402的横截面均为正方形。与其他形状相比，正方形的面积最大。这样可以将换热面最大化，提高制冷室4的外筒401和内筒402之间的换热效率。另外，所述的制冷室4的外筒401和内筒402同轴心设置。这样的位置设置，也可以提高制冷室4的外筒401和内筒402之间的换热效果。

综上所述，本发明无论就目的、手段及功效，都是对现有技术的重大突破。上述实施例仅仅是对本发明的原理和功效的示例性说明，而非对本发明保护范围的限制。任何熟悉此项技术的人士均可在不违背本发明的技术原理及精神下，对实施例做出修改与变化。本发明的保护范围应如所述的权利要求所述。

Claims (2)

1.一种流态冰的制取方法，其特征在于：该方法包括同时进行的湿空气冷凝制冰循环和制冷剂循环，制冷剂循环为湿空气冷凝制冰循环提供冷源，其中：

所述的湿空气冷凝制冰循环是：高湿空气在风机（2）的作用下，经过风量调节阀（3）的调节后，进入制冰室（4）的外筒（401）内壁和制冰室（4）的内筒（402）外壁之间的通道中；高湿空气在该通道中与制冰室（4）外筒（401）壁外处的低温制冷剂进行热交换，变成湿空气；湿空气冷却凝结，从空气中凝结出来的细小水滴在下降过程中与冷凝后的湿空气继续发生热量交换而进一步冷却；冷却过冷后的水滴，经过冷水解冷器（5）解冷后产生冰晶，未结冰的水滴经储冰槽（6）下部的冰水分离器（7）分离后流出储冰槽（6）；冷凝过后的低温低湿空气通过制冰室（4）内筒（402）排出；在排出的过程中，低温低湿空气通过内筒（402）壁面与送入制冰室（4）的高湿空气进行换热，使高湿空气冷却效果得到进一步强化；然后将制冰室（4）内筒（402）中排出的低温低湿空气送入淋激式冷凝器（1）中，低温低湿空气吸收制冷剂循环的部分冷凝热，并加湿后变成高湿空气；淋激式冷凝器（1）将高湿空气排出，在风机（2）的作用下再一次进入制冰室（4）中冷凝制冰，从而完成一个湿空气冷凝制冰循环；

所述的制冷剂循环是：制冷压缩机（8）将高温高压气态制冷剂排入淋激式冷凝器（1）中，淋激式冷凝器（1）中的循环水和制冰室(4)排出的低温低湿空气冷却该制冷剂；随后，淋激式冷凝器(1)将冷却后的制冷剂排入空气冷凝器（9）中，制冷剂进一步冷凝液化，形成高压液态制冷剂；高压液态制冷剂经膨胀阀（10）节流后，进入制冰室（4）；通过外筒（401）的壁面，制冷剂与制冰室（4）内的高湿空气发生热量交换，吸收高湿空气的热量并汽化后，制冷压缩机（8）将制冷剂吸入，从而完成了一个完整的制冷剂循环。

2.按照权利要求1所述的流态冰的制取方法，其特征在于，所述的制冰室（4）内筒（402）排出的湿空气，和淋激式冷凝器（1）排出的湿空气，在热交换器（11）中进行显热交换。

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