CN101660853B - 流体冰制备方法及制备装置和流化结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体冰制备方法及制备装置和流化结晶器，其方法首先对制冰溶液进行第一级冷却，冷却到0℃以下，-15℃以上；然后将稀释液注入制冰溶液中得到浓度降低的制冰溶液；最后对浓度已降低的制冰溶液进行第二级冷却并持续冷却产出流体冰。其流体冰的制备装置的流化结晶器的流体冰结晶通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，两制冷段的外侧分别对应设置有第一级蒸发器和第二级蒸发器，流体冰结晶通道靠近第一制冷段的一端设置有制冰溶液的入口，另一端设置有流体冰出口，两制冷段之间设置有稀释液进口，本发明对制冰溶液进行两级冷却，并在制冰过程中降低制冰溶液的浓度，从而提高了制冷系统冷量的利用率以及制冰效率。

Description

流体冰制备方法及制备装置和流化结晶器

技术领域

本发明涉及一种动态制备流体冰的方法，同时，还涉及一种制备流体冰的装置及其流化结晶器。

背景技术

流体冰，又称为泥状冰或冰浆，是颗粒状冰晶与水溶液如淡水、盐水或海水组成的均匀两相混合物。近年来，流体冰的产生与应用在制冰界引起广泛关注。流体冰是由细小冰颗粒与水构成的混合物，由于流体冰制取过程中在固体传热面上无冰层产生，实现完全流动换热，是动态制冰范畴，因此动态制冰过程传热温差小，制取流体冰的热力性能系数可比制取块冰提高近一倍。此外，由于所制取的流体冰具有蓄冷密度大、传热性能良好，可流动性与可泵送性等显著优点，发达国家正在大力开发基于动态制冰技术的冰蓄冷设备，日本、美国等国家已将其用于冰蓄冷空调技术中，初步显示了其优越的性能。同时，流体冰技术也是当今世界渔业生产与加工行业中最有潜力和最受关注的高科技制冷保鲜技术。为了提高制冰效率，申请号为200720100037.7的中国专利说明书公开了一种高浓度流化冰的制冰系统，该系统中包括一立式双缸套冰结晶器，该结晶器包括内缸和套在内缸外侧并与内缸的外壁共同形成有流动制冷剂的制冷剂蒸发室的密闭外壁。外壁上端设置有制冷剂出口，下端设置有制冷剂入口；内缸上下两端位于外壁的外端，内缸的下端设置有制冰用水溶液的入口，上端设置有流化冰流出口。该发明创造的制冷系统包括制冷压缩机、冷凝换热器、热力膨胀阀、与设置在立式双缸套冰结晶器外部的制冷剂蒸发器，制冷压缩机的出口端与冷凝换热器的一个端口相连，冷凝换热器的另一个端口通过热力膨胀阀与制冷剂蒸发器的制冷剂入口相连，制冷剂蒸发器的制冷剂出口与制冷压缩机的制冷剂进口相连，该发明创造的结构简单，制冰效率高、故障率低、可直接用盐溶液制得高浓度流化冰，但是，该发明创造的制冷系统的冷量还有进一步利用的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种能量利用率高、制冰效率高的流体冰制备方法,同时本发明的目的还在于提供一种流体冰的制备装置及其流化结晶器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种流体冰制备方法，该方法包括如下步骤：

a. 对制冰溶液进行第一级冷却，将制冰溶液冷却到0℃以下，-15℃以上得到低温制冰溶液；

b. 将稀释液注入低温制冰溶液中得到浓度降低的制冰溶液；

c. 对浓度已降低的制冰溶液进行第二级冷却并持续冷却产出流体冰。

所述制冰溶液经第一级冷却后的温度处于结晶温度之上。

该方法还在第一级冷却阶段向制冰溶液中通入压缩气体。

所述稀释液的注入是以稀释液与压缩气体的气液混合物的方式注入的。

本发明的流体冰的制备装置的技术方案如下：

一种流体冰的制备装置，包括冷凝机组和流化结晶器，所述的流化结晶器包括流体冰结晶通道，所述流体冰结晶通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段的外侧对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段的外侧对应设置有第二级蒸发器，所述冷凝机组包括制冷压缩机和冷凝器，制冷压缩机的制冷剂出口与冷凝器的一个口相连，冷凝器的另一个口分为了两路，一路通过第一节流阀与第一级蒸发器的制冷剂入口相连，另一路通过第二节流阀与第二级蒸发器的制冷剂入口相连，第一级蒸发器的和第二级蒸发器的制冷剂出口分别与制冷压缩机的制冷剂进口相连，所述流体冰结晶通道靠近第一制冷段的一端设置有制冰溶液的入口，靠近第二制冷段的一端设置有流体冰出口，两制冷段之间设置有稀释液进口。

所述的稀释液进口上相连设置有一气液喷嘴，该气液喷嘴的气体进口用于与空气压缩机的出口相连，液体进口用于与稀释液输送管相连。

所述流体冰结晶通道上设置有压缩气体导入口，所述压缩气体导入口处于流体冰结晶通道上第一制冷段的端头部位，所述压缩气体导入口用于与空气压缩机相连。

所述流化结晶器内于制冰溶液入口和压缩气体导入口之后设置有分布板，该分布板均布有通孔。

所述的第一蒸发器和第二蒸发器为并联，第二蒸发器的制冷剂出口端与冷凝机组的压缩机之间设置有蒸发压力调节器。

本发明的流化结晶器的技术方案如下：

一种流体冰的流化结晶器，其特征在于：该流化结晶器包括流体冰结晶通道，所述流体冰结晶通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段的外侧对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段的外侧对应设置有第二级蒸发器，两级蒸发器的制冷剂出口分别与冷凝机组的制冷压缩机的制冷剂进口相连，制冷压缩机的制冷剂出口与一冷凝器的一个口相连，冷凝器的另一个口分为了两路，一路通过第一节流阀与第一级蒸发器的制冷剂入口相连，另一路通过第二节流阀与第二级蒸发器的制冷剂入口相连，所述流体冰结晶通道靠近第一制冷段的一端设置有制冰溶液的入口，靠近第二制冷段的一端设置有流体冰出口，两制冷段之间设置有稀释液进口。

本发明对制冰溶液进行两级冷却，并在制冰过程中通过向制冰溶液中加稀释液降低制冰溶液的浓度，不仅提高了制冷系统冷量的利用率而且提高了制冰效率。

本发明的流化结晶器外侧的两级蒸发器之间设置气液喷嘴；流化结晶器下端设置有与空气压缩机相连的压缩气体进口，本发明的流体冰的制备装置通过气液喷嘴和压缩气体进口两次向流化结晶器内引入压缩气体，压缩气体与制冰溶液形成气液两相流，增加了溶液的含气量，气泡的运动强化了流化结晶器与其器壁外侧设置的蒸发器之间的换热，同时，气泡的运动增加了流化结晶器内部的流体扰动，抑制冰晶在流化结晶器器壁面上形成黏附层，提高了制冰效率。更进一步，气体的膨胀性推动液体向前移动，将液体冲开避免结出大的冰块，具有冰凌的液体在气体的搅动下前进时，冰凌作用于结晶通道壁上结出的冰层，将冰层铲下，进一步避免结晶通道壁上的冰层向结晶通道内凸出堵塞通道而影响流体冰的流动。

附图说明

图1是本发明的变浓度制冰冷却原理图；

图2是本发明的流体冰制备装置的结构示意图；

图3是图2中分布板的结构示意图；

图4是本发明的流体冰的流化结晶器的结构示意图。

具体实施方式

在图1中，横坐标表示制冰溶液的浓度，纵坐标表示温度，EF线表示结晶曲线。制冰溶液从A0状态点经过一级冷却的预冷，温度降低到A点所对应的纵坐标温度，得到低温制冰溶液，该低温制冰溶液随后与B点状态的稀释液混合，混合后的状态为AB点所对应的温度与浓度状态，该状态的溶液与A点状态的制冰溶液相比温度升高，浓度降低，为浓度已降低的制冰溶液，随后浓度已降低的制冰溶液从AB点状态冷却到C点状态，随后沿着结晶线产生冰晶，并继续冷却结晶，溶液结晶过程直到D点结束。

本发明的流体冰制备方法首先对制冰溶液进行第一级冷却，将制冰溶液冷却到结晶温度之上的较低温度，根据制冰溶液的种类与浓度的不同一级冷却温度一般在0℃与-15℃之间；然后把稀释液与压缩气体的气液混合物加入低温制冰溶液中得到浓度降低的制冰溶液，一般稀释液与压缩气体的气液混合物的注入是采用气液两相喷嘴通过压缩气体将稀释液引射入制冰溶液的方式来完成的；得到浓度降低的制冰溶液后，再对浓度已降低的制冰溶液进行第二级冷却并持续冷却产出流体冰。

本发明中的制冰溶液是由一定浓度的盐、有机物如：乙二醇、乙烯乙二醇或氯化钠等与纯水的混合物。

本发明中稀释液可以是浓度比相应制冰溶液低的同类盐或有机物的水溶液，也可是纯水或自来水。

在图2、图3中，一种流体冰的制备装置，包括冷凝机组、蒸发器和流化结晶器，流化结晶器包括流体冰结晶通道5和结晶通道外壁上设置的两个蒸发器，流体冰结晶通道5的上端设置有流体冰流出口，下端设置有制冰溶液的入口和压缩气体进口，流体冰结晶通道5内于制冰溶液入口端设置有用于使气液更好混合的分布板16。设置在流体冰结晶通道5的制冰溶液进口端的为第一级蒸发器13，设置在流体冰结晶通道5的流体冰出口端的为第二级蒸发器14。冷凝机组的制冷压缩机1的制冷剂出口与冷凝器2的一个口相连，冷凝器2的另一个口分为了两路，其中一路通过第一节流阀与第一级蒸发器13的制冷剂入口相连，另一路通过第二节流阀与第二级蒸发器14的制冷剂入口相连，第一级蒸发器13的制冷剂出口与制冷压缩机1的制冷剂进口相连，第二级蒸发器14的制冷剂出口通过蒸发压力调节器15与制冷压缩机1的制冷剂进口相连。蒸发压力调节器15可以消除由于两级蒸发器的蒸发温度不一致对制冷压缩机1造成的影响；流体冰结晶通道5上于两级蒸发器之间的器壁上设置有稀释液进口，该稀释液进口与供稀释液装置的气液喷嘴7的气液出口相连，气液喷嘴7的液体进口与稀释液输送管相连，气液喷嘴7的气体进口通过阀门8与空气压缩机9的出口相连，空气压缩机9的出口分为了两路，另一路与流体冰结晶通道5下端的压缩气体进口相连。流体冰结晶通道5下端的制冰溶液的入口通过流量计12与离心泵11的出口相连。离心泵11的入口与溶液槽10相连；流体冰结晶通道5上端的流化冰出口与蓄冰槽6相连。

本实施例中的压缩气体进口设置在流体冰结晶通道的下端面上，压缩气体通入口也可以设置在靠近冰结晶通道下端的周面上。

本发明的第一级蒸发器和第二级蒸发器与冷凝机组的连接方式为并联，也可以串联。

本实施例的蒸发器设置在了流体冰结晶通道的外侧，也可以设置在流体冰结晶通道内。

在图4中，一种流化冰的流化结晶器，包括流体冰结晶通道5，该流体冰结晶通道5在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段的外侧对应设置有第一级蒸发器13，第二制冷段的外侧对应设置有第二级蒸发器14，所述流体冰结晶通道靠近第一制冷段的一端设置有制冰溶液的入口17和压缩气体进口20，靠近第二制冷段的一端设置有流体冰出口18，两制冷段之间设置有稀释液进口19，该进口用于与供液设备相连。流体冰结晶通道5内于制冰溶液入口端设置有用于使气液更好混合的分布板16。

本发明的流化冰的流化结晶器的稀释液进口为三个，均布在流体冰结晶通道的周面上。稀释液进口的数目也可以是一个、两个或更多。

本发明的工作过程如下：溶液槽10内储存有制冰溶液，该溶液通过离心泵11送入流体冰结晶通道5，在流体冰结晶通道5的入口处与空压机9产生的压缩气体混合形成均匀气液两相流，随后由第一级蒸发器13预冷，制冰溶液温度降低到设定值之后离开第一级蒸发器13所在的流体冰结晶通道5上的预冷却段，在流体冰结晶通道5的两级蒸发器之间的器壁段，制冰溶液与气液喷嘴7喷出的气液混合物再次混合，制冰溶液的浓度降低，温度升高，随后由蒸发器4的第二级蒸发器降温，当浓度已降低的制冰溶液的温度降到结晶点之后，制冰溶液在流体冰结晶通道5内边降温边结晶，直至离开流体冰结晶通道5，流入蓄冰槽6内储存；制冰溶液在流体冰结晶通道5内的降温、结晶过程中所需的冷量由压缩机1、冷凝器2、节流阀和蒸发器所组成的制冷系统提供。

Claims (10)

1.一种流体冰制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a. 对制冰溶液进行第一级冷却，将制冰溶液冷却到0℃以下，-15℃以上得到低温制冰溶液；

b. 将稀释液注入低温制冰溶液中得到浓度降低的制冰溶液；

c. 对浓度已降低的制冰溶液进行第二级冷却并持续冷却产出流体冰。

2.根据权利要求1所述的流体冰制备方法，其特征在于：所述制冰溶液经第一级冷却后的温度处于结晶温度之上。

3.根据权利要求1所述的流体冰制备方法，其特征在于：该方法还在第一级冷却阶段向制冰溶液中通入压缩气体。

4.根据权利要求1或2或3所述的流体冰制备方法，其特征在于：所述稀释液的注入是以稀释液与压缩气体的气液混合物的方式注入的。

5.一种流体冰的制备装置，包括冷凝机组和流化结晶器，其特征在于：所述的流化结晶器包括流体冰结晶通道，所述流体冰结晶通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段的外侧对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段的外侧对应设置有第二级蒸发器，所述冷凝机组包括制冷压缩机和冷凝器，制冷压缩机的制冷剂出口与冷凝器的一个口相连，冷凝器的另一个口分为了两路，一路通过第一节流阀与第一级蒸发器的制冷剂入口相连，另一路通过第二节流阀与第二级蒸发器的制冷剂入口相连，第一级蒸发器和第二级蒸发器的制冷剂出口分别与制冷压缩机的制冷剂进口相连，所述流体冰结晶通道靠近第一制冷段的一端设置有制冰溶液的入口，靠近第二制冷段的一端设置有流体冰出口，两制冷段之间设置有稀释液进口。

6.根据权利要求5所述的流体冰的制备装置，其特征在于：所述的稀释液进口上相连设置有一气液喷嘴，该气液喷嘴的气体进口用于与空气压缩机的出口相连，液体进口用于与稀释液输送管相连。

7.根据权利要求6所述的流体冰的制备装置，其特征在于：所述流体冰结晶通道上设置有压缩气体导入口，所述压缩气体导入口处于流体冰结晶通道上第一制冷段的端头部位，所述压缩气体导入口用于与空气压缩机相连。

8.根据权利要求7所述的流体冰的制备装置，其特征在于：所述流化结晶器内于制冰溶液入口和压缩气体导入口之后设置有分布板，该分布板均布有通孔。

9.根据权利要求8所述的流体冰的制备装置，其特征在于：所述的第一蒸发器和第二蒸发器为并联，第二蒸发器的制冷剂出口端与冷凝机组的压缩机之间设置有蒸发压力调节器。

10.一种流体冰的流化结晶器，其特征在于：该流化结晶器包括流体冰结晶通道，所述流体冰结晶通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段的外侧对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段的外侧对应设置有第二级蒸发器，两级蒸发器的制冷剂出口分别与冷凝机组的制冷压缩机的制冷剂进口相连，制冷压缩机的制冷剂出口与一冷凝器的一个口相连，冷凝器的另一个口分为了两路，一路通过第一节流阀与第一级蒸发器的制冷剂入口相连，另一路通过第二节流阀与第二级蒸发器的制冷剂入口相连，所述流体冰结晶通道靠近第一制冷段的一端设置有制冰溶液的入口，靠近第二制冷段的一端设置有流体冰出口，两制冷段之间设置有稀释液进口。

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