CN102183109A - 一种制取颗粒冰的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制取颗粒冰的方法，包括：首先，将载冷气流排入制冷装置中冷却，形成低温气流；然后，通过循环增压风机，将低温气流送到流化床的下部，低温气流在流化床中从下向上流动，同时，雾化喷嘴向流化床中喷入雾化水滴，雾化水滴被低温气流冷却而冻结成颗粒冰；接着，将载冷气流从流化床的上部排出，再次进入制冷装置中冷却，进入下一轮循环。按照上述的方法制取颗粒冰的装置，包括循环增压风机、流化床、盛有水的给水箱、雾化喷嘴和制冷装置。该制取颗粒冰方法及装置可以提高制冰过程热效率，成本低廉，适合于大规模工业制冰。
Description
技术领域
本发明涉及一种制取颗粒冰的方法及其装置。
背景技术
制冰在食品保鲜、工业冷却、空调和冰蓄冷等领域得到广泛应用。由于冰的导热系数比金属的导热系数小两个数量级，如：0℃时铜和铝的导热系数分别为401W/ (m·K)和236 W/ (m·K)，而冰的导热系数仅为2 W/ (m·K)，因此当冰层在固体传热面上形成后将产生很大的传热热阻，传热温差增大，制冰能耗升高，制冰速度也随冰层厚度的增加而变慢，这将显著降低制冰系统的制冰效率。近些年来，为减小或克服冰层热阻问题，产生了一些新的制冰方法，如制取片冰：当冰层在制冷面上形成后，及时通过刮冰装置将冰从换热面上去除，获取片冰。又如制取流体冰：让水在低温液体中冻结成冰，形成冰水混合物，从而避免冰在固体传热面上生成。这些方法都可以显著降低制冰过程的能耗，因此得到了快速发展和应用。但是，现有的上述制冰方法也均存在各自的不足，如设备复杂，投资较高，不适合大规模制冰，并且在制冰热效率上也有进一步提高的潜力。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种制取颗粒冰的方法，可以避免在固体传热面上产生冰层的热阻问题，提高制冰过程热效率。同时，本发明还提供了一种制取颗粒冰的装置，该装置结构简单，成本低廉，适合于大规模工业制冰。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的制取颗粒冰的方法包括：首先，将载冷气流排入制冷装置中冷却，形成低温气流；然后，通过循环增压风机，将低温气流送到流化床的下部，低温气流在流化床中从下向上流动，同时，雾化喷嘴向流化床中喷入雾化水滴，雾化水滴被低温气流冷却而冻结成颗粒冰；接着，将载冷气流从流化床的上部排出，再次进入制冷装置中冷却，进入下一轮循环。
进一步，在所述的制取颗粒冰的方法中，在流化床中预先放置颗粒冰，随着雾化水滴的喷入并附着于颗粒冰的表面，颗粒冰的体积不断增大，同时，颗粒冰在流化床内流化过程中碰撞与摩擦，形成小的颗粒冰。
按照上述的方法制取颗粒冰的装置，包括循环增压风机、流化床、盛有水的给水箱、雾化喷嘴和制冷装置，循环增压风机的输出端连接在流化床的下部，流化床的上部与制冷装置的输入端连接，制冷装置的输出端与循环增压风机的输入端连接，给水箱与雾化喷嘴连接，雾化喷嘴位于流化床内部。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：1. 具有制冰能耗低和制冰效率高的优点。采用本发明的方法制取颗粒冰，颗粒冰是雾化水滴在流动过程中在与低温气流换热，冻结而成。在传统制冰方式中，水在固体传热面上形成，由于冰的导热系数比金属的导热系数小得多，因此当冰在传热面上形成后，产生较大热阻，传热温差增大，制冰能耗升高。该制取方法通过雾化水滴在低温空气中迅速冻结的方法制得小尺寸的颗粒冰，极大地增加水滴与载冷气流两相间的接触换热面积。该制取方法充分利用流化床内气固两相间传热强度大的特点进行流化制冰，具有制冰能耗低、制冰速度快和能够大规模制取颗粒冰的优点。另外，流化床中预先放置颗粒冰，也可以提高制冰效率。在制取颗粒冰的过程中，除了喷入流化床中的雾化水滴自身冻结可构成颗粒冰核心之外，预先放置的颗粒冰在沸腾流化中，不断长大，不断碰撞与摩擦，也可以生成小粒径的颗粒冰，形成新的颗粒冰核心。
2. 整个装置结构简单，成本低廉，具有能够大规模制取颗粒冰的优点。本发明的制取颗粒冰的装置，包括循环增压风机、流化床、盛有水的给水箱、雾化喷嘴和制冷装置。整个装置结构简单，成本低廉。另外，根据需要，合理选择各部件的型号，可以大规模工业制冰。
附图说明
图1是本发明的部件连接示意图。
图中有：循环增压风机1、流化床2、给水箱3、雾化喷嘴4、制冷装置5、收集容器6、收集管7，图中箭头表示气流流动方向。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
本发明的一种制取颗粒冰的方法，包括：首先，将载冷气流排入制冷装置5中冷却，形成低温气流。然后，通过循环增压风机1，将低温气流送到流化床2的下部。低温气流在流化床2中从下向上流动。同时，雾化喷嘴4向流化床2中喷入雾化水滴，雾化水滴被低温气流冷却而冻结成颗粒冰。低温气流吸收流化床2中的雾化水滴热量后，温度升高。接着，将载冷气流从流化床2的上部排出，再次进入制冷装置5中进行冷却，进入下一轮循环。载冷气流就是这样周而复始，循环流动。
如图1所示，按照上述方法制取颗粒冰的装置，包括循环增压风机1、流化床2、盛有水的给水箱3、雾化喷嘴4和制冷装置5。循环增压风机1的输出端连接在流化床2的下部，流化床2的上部与制冷装置5的输入端连接，制冷装置5的输出端与循环增压风机1的输入端连接，给水箱3与雾化喷嘴4连接，雾化喷嘴4位于流化床2内部。所述的制冷装置5可以采用本领域里常用的制冷设备，本技术方案优选换热器。
采用本发明的方法制取颗粒冰，整个系统以气流作为循环载冷介质，在流化床2中，低温气流从下向上流动。在流化床2中，低温气流遇到雾化喷嘴4喷射的雾化水滴，吸收雾化水滴的热量，使得雾化水滴形成颗粒冰。该过程中，颗粒冰是雾化水滴在流动过程中在与低温气流换热，冻结而成。在传统制冰方式中，水在固体传热面上形成，由于冰的导热系数比金属的导热系数小得多，因此当冰在传热面上形成后，产生较大热阻，传热温差增大，制冰能耗升高。该制取方法通过雾化水滴在低温空气中迅速冻结的方法制得小尺寸的颗粒冰，将极大地增加雾化水滴与载冷气流两相间的接触换热面积。该制取方法充分利用流化床2内气固两相间传热强度大的特点进行流化制冰，具有制冰能耗低、制冰速度快和能够大规模制取颗粒冰的优点。
本发明的制取颗粒冰的装置，包括循环增压风机1、流化床2、盛有水的给水箱3、雾化喷嘴4和制冷装置5。整个装置结构简单，成本低廉，适合于大规模工业制冰。
进一步，在开始制取颗粒冰之前，可以在流化床2中预先放置颗粒冰。这样，在制取颗粒冰的过程中，低温气流进入流化床2后，使得流化床2内预先放置的颗粒冰沸腾流化，雾化喷嘴4向流化床2内喷射雾化水滴时，雾化水滴到达颗粒冰表面被冻结在颗粒冰表面上，使流化床2内预先放置的颗粒冰不断长大。与此同时，预先放置的颗粒冰在流化床2流化过程中，不断碰撞与摩擦，小粒径的颗粒冰不断生成，形成新的颗粒冰核心。除此以外，雾化水滴自身冻结也可构成颗粒冰核心。由于水滴通过喷射附着于颗粒冰表面，使得水滴与低温气流之间的换热面积大大的增加，从而极大地强化了水滴冻结过程的传热特性，有效地避免了在传统制冰过程中，冰在固体传热面上生成后所产生的冰层热阻，从而可显著降低制冰能耗。
进一步，所述的制取颗粒冰的装置还包括收集容器6和收集管7，该收集容器6位于流化床2下方，收集管7一端连通流化床2的下部，收集管7另一端位于收集容器6的上方。设置收集容器6和收集管7，可以方便的收集颗粒冰。
进一步，所述的雾化喷嘴4可以是一个，也可以是两个或两个以上。当雾化喷嘴4是两个或两个以上时，雾化喷嘴4沿流化床2的周向均匀布置。这样的布置，雾化喷嘴4喷射出来的雾化水滴可以更有效附着在颗粒冰的表面。由于流化床2中气流自下而上运动，流化床2下部的气流压力大，气体温度低，所以优先选择将雾化喷嘴4布置在流化床2的下部。
本发明的核心保护精神是通过雾化水滴在低温空气中迅速冻结的方法制得颗粒冰，该方法充分利用气固两相间传热强度大的特点进行流化制冰。任何采用该方法，或对该方法进行本技术领域内的常规改进，均落入本技术方案的保护范围。与此相应，任何对本技术方案提供的制取颗粒冰的装置，进行本技术领域中的常规替代，亦属于本技术方案的保护范围。
Claims (7)
1. 一种制取颗粒冰的方法，其特征在于，该方法包括：首先，将载冷气流排入制冷装置（5）中冷却，形成低温气流；然后，通过循环增压风机（1），将低温气流送到流化床（2）的下部，低温气流在流化床（2）中从下向上流动，同时，雾化喷嘴（4）向流化床（2）中喷入雾化水滴，雾化水滴被低温气流冷却而冻结成颗粒冰；接着，将载冷气流从流化床（2）的上部排出，再次进入制冷装置（5）中冷却，进入下一轮循环。
2.按照权利要求1所述的制取颗粒冰的方法，其特征在于，在流化床（2）中预先放置颗粒冰，随着雾化水滴的喷入并附着于颗粒冰的表面，颗粒冰的体积不断增大，同时，颗粒冰在流化床（2）内流化过程中碰撞与摩擦，形成小的颗粒冰。
3. 一种按照权利要求1所述的方法制取颗粒冰的装置，其特征在于，该装置包括循环增压风机（1）、流化床（2）、盛有水的给水箱（3）、雾化喷嘴（4）和制冷装置（5），循环增压风机（1）的输出端连接在流化床（2）的下部，流化床（2）的上部与制冷装置（5）的输入端连接，制冷装置（5）的输出端与循环增压风机（1）的输入端连接，给水箱（3）与雾化喷嘴（4）连接，雾化喷嘴（4）位于流化床（2）内部。
4.按照权利要求3所述的制取颗粒冰的装置，其特征在于，该装置还包括收集容器（6）和收集管（7），该收集容器（6）位于流化床（2）下方，收集管（7）一端连通流化床（2）的下部，收集管（7）另一端位于收集容器（6）的上方。
5.按照权利要求3所述的制取颗粒冰的装置，其特征在于，所述的雾化喷嘴（4）为两个或两个以上时，雾化喷嘴（4）沿流化床（2）的周向均匀布置。
6. 按照权利要求5所述的制取颗粒冰的装置，其特征在于，所述的雾化喷嘴（4）位于流化床（2）的下部。
7.按照权利要求3所述的制取颗粒冰的装置，其特征在于，所述的制冷装置（5）是换热器。
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