CN101922830A - 一种过冷液体冰浆连续制取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过冷液体冰浆连续制取装置，包括制冷循环系统和过冷水液体循环系统。过冷液体循环系统包括过冷却器组件、过冷液体循环处理组件和储冰槽，过冷却器组件由n个过冷却器并联；制冷系统包括压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、蒸发压力调节阀、主电磁阀、n个节流控制组件、以及n个制冷剂流动换向组件。在某个过冷却器发生冰堵的时候，关闭此流道上的阀门，并通过调节制冷剂流动换向组件，实现制冷剂热气融冰，在冰堵被消除之后，再将阀门开启。而在此过程中，其它流道上的过冷却器依然正常工作，这样就可以实现连续制取冰浆的目的。过冷却器的融冰热源为制冷系统的制冷剂冷凝热量，无须额外消耗电能，降低了装置的能耗。

Description

一种过冷液体冰浆连续制取装置

技术领域

本发明涉及一种动态制冰系统，尤其涉及一种过冷液体冰浆连续制取装置，本发明所指的过冷液体是指过冷水和过冷水溶液。

背景技术

冰浆技术是近年来冰蓄冷技术中的一个研究热点。和静态冰蓄冷相比，冰浆蓄冷技术可以克服静态蓄冰的固有缺陷。静态蓄冰过程中随着冰层厚度增加，冰层导热热阻增大，使得制冷剂在蒸发器内的蒸发温度降低，从而降低了制冷机的效率(COP值)。静态冰蓄冷系统在释冷过程中，容器的某些角落存在着冰桥和融冰死角，使得释冷速度减小和不可控，降低了供冷能力；相比之，冰浆冷却方式可以充分利用冰浆固液两相溶液的潜热、流动好和强换热的优点，避免了静态冰蓄冷方式的固有缺陷，同时扩大了冰产品间接冷却的应用范围。冰浆制取方式是冰浆研究的关键环节，其中尤以动态冰浆制取法最为先进，申请号200620047224.9、200720073247.1和申请号200820151937.9所公开的冰浆制备装置均是采用真空法来制取冰晶，这样制冰主体部件必须始终维持高真空状态。申请号200510124882.3提供一种冰浆的制造装置以及基板处理装置，该冰浆的制造装置利用防冻液(载冷剂)间接冷却获得过冷却液体，然后过冷却液体于解除过冷得气体一起喷入主体部，解除过冷却状态，使所生成的含有冰的微粒的处理液从主体部内流出。申请号200510100815.8提供了一种能够高效、连续、快速的制造固液两相混和的冰浆或者水合物浆的装置及该装置在制造冰浆或水合物浆中的应用。本发明装置的特点是采用超声波过冷却解除装置。申请号200610051606.3和申请号200820231345.8公开的动态制冰系统均是采用载冷剂冷却制冰溶液。前者的冰浆生成器采用竖直放置的管板壳管式换热器。管板壳管式换热器鼓入了压缩空气，一方面可以强化管板壳管式换热器的换热，另一方面可以增加管板壳管式换热器内部的扰动，抑制冰晶黏附在管束上。申请号200610116978.X和申请号200910102116.5公开的动态制冰技术均是采用直接接触式制冰方法，前者采用一种涡旋直接接触式制冰装置，制取冰浆时，喷入稳流腔的载冷剂与水溶液形成涡旋，经充分混合换热使一部分水溶液生成冰浆，在涡旋离心力和重力作用下各自分离排出。后者则包括制冷剂循环，气体循环和制冰溶液循环三个部分组成，制冷剂冷却溶液(乙二醇溶液)，溶液(乙二醇溶液)与载冷剂气体直接接触冷却载冷剂气体，载冷剂气体再与制冰溶液直接接触生成冰浆，采用空气、氮气等环境友好型气体为载冷剂。申请号200610154953.9公开了一种超双亲性纳米溶液动态制冰系统及其方法。它首先将超双亲性(同时具有超亲水性和超亲油性)的纳米颗粒作为添加剂与水均匀混合制成纳米制冰流体以抑制冰晶聚结，并强化换热；其次将超双疏性(同时具有超疏水性和超疏油性)的纳米材料喷涂在换热表面上，增加表面不粘性，提高临界热流密度。申请号200810198172.9与申请号200810229460.6公开了两种矿井降温系统及降温方法，前者冰浆制备装置采用了超声波促晶器已解除过冷形成冰浆，需要增加超声波促晶器能耗；后者的冰浆制备装置采用载冷剂间接制取冰浆，增加了传热温差，降低了装置效率。申请号200910108602.8则针对冰浆在冷藏食品领域的应用，公开了一种将水制成冰晶的方法及装置，该装置包括制冷系统、载冷系统、水路系统、控制系统等，也是采用间接制冷的方法。申请号200910152794.2公开了一种利用液化气体气化冷量的冰浆蓄冷系统，这种装置必须要有液化气体的存在，受到地域等的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、操作方便的过冷液体冰浆连续制取装置，用以连续、稳定、高效地制取冰浆。

本发明提供的一种过冷液体冰浆连续制取装置，其特征在于，包括制冷系统和过冷液体循环系统；

过冷液体循环系统包括过冷却器组件、过冷液体循环处理组件和储冰槽；

过冷却器组件包括n个并联的过冷却器，n为大于等于2的正整数，在每个过冷却器的过冷液体进口、出口及制冷剂进口处分别设有温度传感器，在每个过冷却器的过冷液体进口管道上设置有压力传感器和第一电磁阀，；

过冷液体循环处理组件包括串接连接的过滤器、微电热器、流量计、阀门和自吸泵；

储冰槽中设置有过滤器、过冷解除器、搅拌器电机和搅拌器，过滤器位于储冰槽的出口处，过冷解除器位于储冰槽的进口部位，搅拌器与搅拌器电机相连；

过冷液体循环处理组件的一端与过冷却器组件的进口端相连，另一端与储冰槽的出口相连，过冷却器组件的出口端与储冰槽的进口相连；

制冷系统包括压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、蒸发压力调节阀、主电磁阀、n个节流控制组件、以及n个制冷剂流动换向组件；一个节流控制组件对应于一个过冷却器，一个制冷剂流动换向组件对应于一个过冷却器，每个节流控制组件均包括第二电磁阀、膨胀阀和第一单向阀，第二电磁阀位于膨胀阀的进口端；每个制冷剂流动换向组件均包括电磁三通阀、第三电磁阀、第二单向阀和第四电磁阀；

压缩机的出口通过主电磁阀与冷凝器的制冷剂进口相连，冷凝器的制冷剂出口与储液器的进口相连，储液器的出口与干燥过滤器的进口相连，各节流控制组件的进口端均与干燥过滤器的出口相连；节流控制组件的出口端与对应的过冷却器的制冷剂进口相连；过冷却器的制冷剂出口与对应的电磁三通阀的第一接口相连，第二接口与蒸发压力调节阀的进口相连，蒸发压力调节阀的出口与压缩机的进口相连；

第三电磁阀的一端与对应的节流控制组件的出口端相连，另一端与对应第二单向阀的进口相连，第二单向阀的出口均与储液器的进口相连；第四电磁阀的一端均连接在压缩机的出口与主电磁阀的连接管道上，另一端与电磁三通阀的第三接口相连。

本发明的优点在于：采用制冷剂在过冷却器中直接蒸发冷却过冷水溶液，减小了温差损失，提高了制冷性能；采用两个或两个以上过冷却器并联，可以实现制取冰浆和融冰切换工作，并通过实现阀门流过过冷却器制取冰浆的水或水溶液的切换，从而克服过冷水或过冷水溶液制取冰浆容易发生冰堵而难以实现连续制取的缺点，实现连续制取冰浆；过冷却器的融冰热源为制冷系统的制冷剂冷凝热量，无须额外消耗电能，降低了装置的能耗。同时，该装置简单、造价低，即可利用廉价的自来水又可另用乙二醇水溶液等溶液作为制取冰浆的原料，制取出的冰浆有很好的流动性和较高的含冰率，可以直接泵送至用户处。本发明可以进一步推进冰浆的商业应用。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的过冷液体冰浆连续制取装置，包括制冷系统和过冷液体循环系统。

下面以二个过冷却器为例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，过冷液体循环系统包括过冷却器组件、过冷液体循环处理组件和储冰槽。

过冷却器组件的结构为：过冷却器8a、8b并联，各过冷却器即可同时工作有可切换工作。在过冷却器8a的过冷液体进、出口处及制冷剂进口处分别设有温度传感器15a、17a、16a，在过冷却器8b的过冷液体进、出口处及制冷剂进口处分别设有温度传感器15b、17b、16b，可以进行相关部位流体温度的检测，在过冷却器8a、8b的过冷液体进口管道上分别设置有压力传感器19a、19b和第一电磁阀18a、18b，压力传感器19a、19b用于判断该过冷却器是否发生冰堵需要进行切换到融冰状态，第一电磁阀18a、18b用于控制制冰液体流量。

过滤器20、微电热器21、流量计22、阀门23和自吸泵24串联在一起(各部件的前后顺序可以互换)，构成过冷液体循环处理组件。

储冰槽25中设置有过滤器26、过冷解除器29、搅拌器电机28和搅拌器27，过滤器26位于储冰槽25的出口处，过冷解除器29位于储冰槽25的进口部位，搅拌器27与搅拌器电机28相连，由过冷却器8出来的经过低温制冷剂冷却的过冷却水溶液撞击过冷解除器29产生冰晶30；

过冷液体循环处理组件的一端与过冷却器组件的进口端相连，另一端与储冰槽25的出口相连，过冷却器组件的出口端与储冰槽25的进口相连。

制冷系统包括压缩机1、冷凝器2、储液器3、干燥过滤器4、节流控制组件、制冷剂流动换向组件、蒸发压力调节阀10和主电磁阀11。蒸发压力调节阀10能够保持过冷却器8中的蒸发压力稳定，亦即保持过冷却器8中的蒸发温度稳定。

压缩机1的出口通过主电磁阀11与冷凝器2的制冷剂进口相连，冷凝器2的制冷剂出口与储液器3的进口相连，储液器3的出口与干燥过滤器4的进口相连，干燥过滤器4的出口与节流控制组件的进口端相连；节流控制组件的出口端与过冷却器8a、8b的制冷剂进口相连。过冷却器8a、8b的制冷剂出口与电磁三通阀9a、9b的第一接口a相连，第二接口b与蒸发压力调节阀10的进口相连，蒸发压力调节阀10的出口与压缩机1的进口相连。

节流控制组件包括第二电磁阀5a、5b、膨胀阀6a、6b、第一单向阀7a、7b，各个阀之间的顺序可以互换，但第二电磁阀5a、5b必须位于膨胀阀6a、6b的进口端。

制冷剂流动换向组件包括电磁三通阀9a、9b、第三电磁阀12a、12b、第二单向阀13a、13b和第四电磁阀14a、14b，第三电磁阀12a、12b的一端与节流控制组件的出口端相连，另一端与第二单向阀13a、13b的进口相连，第二单向阀13a、13b的出口与储液器3的进口相连；第四电磁阀14a、14b)的一端均连接在压缩机1的出口与主电磁阀11的连接管道上，另一端与电磁三通阀9a、9b的第三接口c相连。

过冷却器8可以是板式换热器、套管式换热器、板管式换热器和壳管式换热器或者上述换热器的组合。电磁三通阀9a、9b均可以采用二个电磁阀替代。

本发明通过合理调节制冷剂换向组件可以实现过冷却器从制冷状态切换到热气融冰状态，解除该过冷却器的冰堵现象。

当过冷却器发生冰堵时，实现该过冷却器融冰的热量来自于冰浆连续制取装置制冷系统的冷凝热量，避免消耗其它能源，提高了冰浆连续制取装置的能源利用效率，达到节能目的。

动态制冰过程：

电磁阀18a打开，电磁阀18b关闭，过冷却器8a中的冷水(溶液)被制冷剂冷却至过冷状态而不发生结晶，过冷液体在出口处撞击过冷解除装置29形成细小的冰晶粒子30，过冷液体就变成了冰浆储存在储冰槽25中。在过冷液体循环回路上装有过滤器20去除水中杂质从而可获得更高的过冷度，微电热器21消除冷水中携带的少量冰晶，流量计22和阀门23检测和调节水流量，自吸泵24为过冷水循环提供动力。搅拌器27使冰浆在储冰槽不发生冻结，储冰槽底部的过滤器26可阻止槽中杂质进入过冷液体循环流道。此时，制冷系统的管路中，电磁阀5b、12a、12b、14a、14b关闭，电磁阀5a和11打开，电磁三通阀9a中a-b通，a-c不通，电磁三通阀9b中a-b不通，a-c通，则由压缩机1排出的高温高压的制冷剂蒸汽经过电磁阀11进入冷凝器2中冷却冷凝成高压液体进入储液器3，储液器3中的液体经过干燥过滤器4干燥过滤后经电磁阀5a后，再经膨胀阀6a节流降压后，经过单向阀7a进入过冷却器8a蒸发制冷，将进入过冷却器8a的制冰冷液体过冷，而吸热气化后制冷剂蒸汽经过电磁三通阀9a中a-b通路进入蒸发压力调节阀10，蒸发压力调节阀10稳定过冷却器8a中的制冷剂蒸发压力，亦即保持过冷却器8a制冷剂蒸发温度的稳定，避免由于蒸发温度的波动导致冰堵的出现，制冷剂蒸汽离开蒸发压力调节阀10后回到压缩机1，完成一个循环。

融冰过程：

过冷却器8a经过长期工作以后当压力传感器19a的值突然升高时，表示过冷却器8a发生冰堵，必须进行融冰过程。关闭电磁阀5a、18a，电磁三通阀9a打到a-c通，a-b不通位置，打开电磁阀5b、18b，电磁三通阀9b打到a-b通，a-c不通位置，其余阀门维持原状，此时过冷却器8a停止工作，而过冷却器8b开始制取冰浆，实现连续制取冰浆。接着，同时关闭电磁阀11，打开电磁阀14a、12a，此时由压缩机1排出的高温高压的制冷剂蒸汽经过电磁阀14a和电磁三通阀9a的a-c通路进入过冷却器8a中冷却冷凝成高压液体后经过电磁阀12a、单向阀13a进入储液器3，储液器3中的液体经过干燥过滤器4干燥过滤后经电磁阀5b后，再经膨胀阀6b节流降压后，经过单向阀7b进入过冷却器8b蒸发制冷，将进入过冷却器8b的制冰液体过冷，而吸热气化后制冷剂蒸汽经过电磁三通阀9b中a-b通路进入蒸发压力调节阀10，再回到压缩机1，完成一个循环。

当过冷却器8b发生冰堵时，通过合理调节制冰液体进过冷却器的电磁阀18a、18b和制冷剂流动换向组件，同样可以实现过冷却器8b热气融冰，同时，过冷却器8a制冰的切换，从而实现连续、稳定、高效的冰浆制取过程。

由此，上述由两个过冷却器8并联构成的冰浆制取系统，可以实现一个过冷却器热气融冰、另一个过冷却器制取冰浆的切换运行，从而实现连续、稳定、高效的冰浆制取过程。

采用三个及三个以上过冷却器8并联时，通过合理调节制冰冷水进各个过冷却器的电磁阀和制冷剂流动换向组件，可以实现一个及多个过冷却器热气融冰，同时，其余的过冷却器制取冰浆的切换，从而有效地实现连续、稳定、高效的冰浆制取过程。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种过冷液体冰浆连续制取装置，其特征在于，包括制冷系统和过冷液体循环系统；

过冷液体循环系统包括过冷却器组件、过冷液体循环处理组件和储冰槽；

过冷却器组件包括n个并联的过冷却器，n为大于等于2的正整数，在每个过冷却器的过冷液体进口、出口及制冷剂进口处分别设有温度传感器，在每个过冷却器的过冷液体进口管道上设置有压力传感器和第一电磁阀，；

过冷液体循环处理组件包括串接连接的过滤器、微电热器、流量计、阀门和自吸泵；

储冰槽中设置有过滤器、过冷解除器、搅拌器电机和搅拌器，过滤器位于储冰槽的出口处，过冷解除器位于储冰槽的进口部位，搅拌器与搅拌器电机相连；

过冷液体循环处理组件的一端与过冷却器组件的进口端相连，另一端与储冰槽的出口相连，过冷却器组件的出口端与储冰槽的进口相连；

制冷系统包括压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、蒸发压力调节阀、主电磁阀、n个节流控制组件、以及n个制冷剂流动换向组件；一个节流控制组件对应于一个过冷却器，一个制冷剂流动换向组件对应于一个过冷却器，每个节流控制组件均包括第二电磁阀、膨胀阀和第一单向阀，第二电磁阀位于膨胀阀的进口端；每个制冷剂流动换向组件均包括电磁三通阀、第三电磁阀、第二单向阀和第四电磁阀；

压缩机的出口通过主电磁阀与冷凝器的制冷剂进口相连，冷凝器的制冷剂出口与储液器的进口相连，储液器的出口与干燥过滤器的进口相连，各节流控制组件的进口端均与干燥过滤器的出口相连；节流控制组件的出口端与对应的过冷却器的制冷剂进口相连；过冷却器的制冷剂出口与对应的电磁三通阀的第一接口相连，第二接口与蒸发压力调节阀的进口相连，蒸发压力调节阀的出口与压缩机的进口相连；

第三电磁阀的一端与对应的节流控制组件的出口端相连，另一端与对应第二单向阀的进口相连，第二单向阀的出口均与储液器的进口相连；第四电磁阀的一端均连接在压缩机的出口与主电磁阀的连接管道上，另一端与电磁三通阀的第三接口相连。

2.根据权利要求1所述的过冷液体冰浆连续制取装置，其特征在于，过冷却器为板式换热器、套管式换热器、板管式换热器和壳管式换热器中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1或2所述的过冷液体冰浆连续制取装置，其特征在于，电磁三通阀由二个电磁阀替代。

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