CN102494447A - 无杂质型二元冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无杂质型二元冰系统，其包括经管道依次相连冰浆净化器、泵、储液箱、连接有制冷机的制冷管和储冰箱，并且管道的管路内部具有冰浆液；泵为增压泵；位于储液箱和制冷管内的冰浆液压力为0.15MPa至3MPa，冰浆液位于制冷管射流出口附近的温度为-5℃至4℃；制冷管射流出口上安装有能限制储液箱和制冷管内的冰浆液压力的节流阀；储液箱上制有能单向通入气体或液体的单向输入装置。本发明具有结构新颖、净化效率高、维持成本低廉、适于规模化使用、结构紧凑、节约水源的优点。

Description

无杂质型二元冰系统

技术领域

本发明涉及一种循环式制冷装置，尤其涉及无杂质型二元冰系统。

背景技术

二元冰是指某类水溶液和冰晶粒子的混合物，是呈泥浆状的悬浮液，其流动性很好，能够被泵输送，通常也称为“冰浆”。由于二元冰内含有冰晶颗粒，所以在冰晶融解时将吸收大量的融解热（冰的融解热约为335kJ/kg)，提高了流体的单位体积热容量。同时，有研究表明，在一定的含冰率下，二元冰能在某种程度上起到减阻剂的效果，其在单位长度管路中的阻力损失比水更小，从而减少水泵的电耗。因而二元冰是一种具有相当前途的供冷介质。近些年来，二元冰（或称为冰浆，Ice Slurry）的制作研究与应用越来越引起制冰界的注重。由于在二元冰制备过程中固体传热面上无冰层产生或冰层厚度很小，因此制冰过程传热系数大，传热温差小，系统的COP提高较明显。由于二元冰冰晶颗粒很小，因此可以达到很高的冰表面积，若用二元冰进行冰蓄冷，无疑可使冰蓄冷技术更为经济有效，不但能够实现较高的制冰热力效率，而且还可以实现较小的融冰温差和很高的融冰速率。二元冰除适合于冰蓄冷空调外，还可以使许多化工或其它行业里略高于0℃的用冷场合也能够实现大规模冰蓄冷。现有二元冰制备方式主要有过冷水制冰法、直接接触式制冰法、刮削式制冰法、流化床制冰法，但上述凡种制备方式都存在不少缺点，体现在上述方式由于其制冰过程的特殊性，需要设计特殊的蒸发器。例如，过冷水制冰法对蒸发温度的控制要求非常精确，技术难度甚高，而且经过过冷器一次冷却后的IPF为2%，故达到一定的IPF，水泵的能耗较高，而且过冷器内结冰发生过于频繁，必要的融冰措施降低了系统的可靠性和能效。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衰减问题。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。流化床制冰法系统运行时必须控制水在壁面的温度和流速，以及冰晶的尺寸，同时需要防止换热管发生冰堵，要同时达到这些控制要求，实现起来较为困难。现有二元冰制备装置层出不穷，如中国实用新型专利《一种二元冰的制备装置》，专利号ZL200720073247.1，公开了一种二元冰的制备装置，包括：真空室，所述真空室顶部设置有捕水冷盘管、喷嘴、不凝气体排出口；所述真空室底部设置有二元冰排出口；冷凝机组，所述冷凝机组与所述捕水冷盘管连接；将所述真空室抽真空的真空泵，所述真空泵的进口与所述真空室的不凝气体排出口之间通过连接管道连接；将二元冰泵出真空室的冰浆泵，所述冰浆泵的进口与所述真空泵的排出口连接；将用于制备二元冰的水泵送到所述喷嘴进行喷射的水泵。本实用新型结构简单，操作方便，能耗低，不易发生冰堵；使用本实用新型制备二元冰，解决了传统制冰方式存在冰层热阻问题。然而，二元冰系统的配套装置，尚待进一步开发，以适应现实需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术提供一种结构新颖、净化效率高、维持成本低廉、适于规模化使用、结构紧凑、节约水源的无杂质型二元冰系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：无杂质型二元冰系统，其包括经管道依次相连冰浆净化器、泵、储液箱、连接有制冷机的制冷管和储冰箱，并且管道的管路内部具有冰浆液；泵为增压泵；位于储液箱和制冷管内的冰浆液压力为0.15MPa至3MPa，冰浆液位于制冷管射流出口附近的温度为-5℃至4℃；制冷管射流出口上安装有能限制储液箱和制冷管内的冰浆液压力的节流阀；储液箱上制有能单向通入气体或液体的单向输入装置。冰浆液经增压泵增压后进入储液箱和制冷管内，由于压力较高，因此，冰浆液为液态。并且，储液箱通入的二氧化碳溶入冰浆液形成低温高压的饱和二氧化碳溶液。当溶有大量二氧化碳的冰浆液从节流阀中喷出时，压力骤降，在二氧化碳析出、冰浆液结冰的共同作用下，冰浆液中形成冰晶，产生二元冰，储存在储冰箱内按需取用。使用后的冰浆液经冰浆净化器处理净化后，由增压泵增压后进入储液箱有重复利用。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

冰浆净化器具有桶体；桶体上沿口配合设有功能片；功能片套设有上壳体，并且功能片与上壳体间夹合形成螺旋进水道，并且螺旋进水道的末端制有能将流体螺旋喷出的喷射口；桶体内的中轴上共轴设有圆筒形的次级沉淀桶；次级沉淀桶侧周的上部套设有均布有过水孔的整流罩。螺旋进水道对初始流入的二元冰浆混合物进行预压缩并形成环流经喷射口流入整流罩与桶体内壁之间。经离心作用，二元冰浆混合物中较大颗粒的污物落入桶体底部。经过初次净化的二元冰浆混合物经过水孔进入次级沉淀桶再次沉淀后经功能片上的管道排出。

功能片中部制有贯穿的管体，该管体上端部分为穿过向外伸出上壳体的回收管，该管体下端部分伸入次级沉淀桶中部并且端部制有回收孔；回收孔工作面的上沿口附近制有回收副翼。回收管连接外部设备，对经净化的冰浆混合液进行集中回收。回收孔用于对二元冰浆混合物进行最后一次过滤并减低流速。回收副翼的作用是对回收副翼与次级沉淀桶内侧之间的空间形成挤压区域，使冰浆在此区域形成方向向下的相对高流速区。

功能片的管体下端端部大体为倒置圆锥结构，并且该圆锥具有缺口，其中位于该缺口的平面上均布有回收孔。倒置圆锥结构能使液体流经的截面积逐步增大，从而减小流速，利于污物沉淀。圆锥具有缺口为十分之一个圆锥剖去，并有均布回收孔的平板填充，回收孔的吸入方向恰好与冰浆流向相反，能有效减少污物的吸入概率。

次级沉淀桶的上部只有能从外部引入流体并形成环流经出液口向次级沉淀桶内喷射流体的进液环管；次级沉淀桶靠近下端的部分制有螺旋叶。二元冰冰浆进入进液环管并再次形成环流后由出液口向次级沉淀桶内喷出，加速离心作用，并且杂物螺旋下落，经螺旋叶落入底部。并且，螺旋叶可防止底部污物反冲泛起，避免二次污染。

整流罩侧面中部以下均布有过水孔；整流罩侧面中部附近制有外凸的初级整流翼；整流罩侧面下沿制有外凸的次级整流翼。初级整流翼和次级整流翼都是为了形成速差，增加沉淀效果。次级整流翼较初级整流翼面积更大，还具有防止底部污物反冲泛起的作用。

桶体底部靠近侧面的部分制有下陷的环形凹槽；桶体底部中心附近贯穿设有主排污管；凹槽底部附近设有副排污管。环形凹槽利于主排污管吸取污物。

上壳体的螺旋进水道的初始端为接驳口。接驳口用于与外部设备的快速连接。

由于本发明无杂质型二元冰系统，采用了无杂质型二元冰系统，其包括经管道依次相连冰浆净化器、泵、储液箱、连接有制冷机的制冷管和储冰箱，并且管道的管路内部具有冰浆液；泵为增压泵；位于储液箱和制冷管内的冰浆液压力为0.15MPa至3MPa，冰浆液位于制冷管射流出口附近的温度为-5℃至4℃；制冷管射流出口上安装有能限制储液箱和制冷管内的冰浆液压力的节流阀；储液箱上制有能单向通入气体或液体的单向输入装置的结构。冰浆液经增压泵增压后进入储液箱和制冷管内，由于压力较高，因此，冰浆液为液态。并且，储液箱通入的二氧化碳溶入冰浆液形成低温高压的饱和二氧化碳溶液。当溶有大量二氧化碳的冰浆液从节流阀中喷出时，压力骤降，在二氧化碳析出、冰浆液结冰的共同作用下，冰浆液中形成冰晶，产生二元冰，储存在储冰箱内按需取用。使用后的冰浆液经冰浆净化器处理净化后，由增压泵增压后进入储液箱有重复利用。本发明具有结构新颖、净化效率高、维持成本低廉、适于规模化使用、结构紧凑、节约水源的优点。

附图说明

图1为本发明实施例管路结构示意图；

图2为本发明实施例冰浆净化器剖视结构示意图；

图3为本发明实施例螺旋刮刀主视结构示意图；

图4为本发明实施例制冷管结构示意图。

具体实施方式

以下结合附实施例对本发明作进一步详细描述。

附图标号说明：增压泵1、制冷管2、、节流阀21、储冰箱3、电动机31、传动轴31a、储液箱4、螺旋刮刀5、中心轴51、刮刀片52、刀口52a、整流角52b、冰浆液6、制冰催化剂7、制冷机8、低温换热液8a、冰浆净化器9、桶体91、副排污管911、主排污管912、凹槽913、上壳体92、接驳口921、螺旋进水道922、功能片93、回收孔931、回收副翼932、回收管933、喷射口934、次级沉淀桶94、螺旋叶941、进液环管942、出液口943、整流罩95、初级整流翼951、次级整流翼952、过水孔953。

实施例：参照图1至图4，无杂质型二元冰系统，其包括经管道依次相连冰浆净化器9、泵、储液箱4、连接有制冷机8的制冷管2和储冰箱3，并且管道的管路内部具有冰浆液6；泵为增压泵1；位于储液箱4和制冷管2内的冰浆液6压力为0.15MPa至3MPa，本实施例优选3MPa，冰浆液6位于制冷管2射流出口附近的温度为-5℃至4℃，本实施例优选0.2℃；制冷管2射流出口上安装有能限制储液箱4和制冷管2内的冰浆液6压力的节流阀；储液箱4上制有能单向通入气体或液体的单向输入装置。冰浆液6经增压泵1增压后进入储液箱4和制冷管2内，由于压力较高，因此，冰浆液6为液态。并且，储液箱4通入的二氧化碳溶入冰浆液6形成低温高压的饱和二氧化碳溶液。当溶有大量二氧化碳的冰浆液6从节流阀中喷出时，压力骤降，在二氧化碳析出、冰浆液6结冰的共同作用下，冰浆液6中形成冰晶，产生二元冰，储存在储冰箱3内按需取用。使用后的冰浆液6经冰浆净化器9处理净化后，由增压泵1增压后进入储液箱4有重复利用。

冰浆净化器9具有桶体991；桶体991上沿口配合设有功能片993；功能片993套设有上壳体92，并且功能片93与上壳体92间夹合形成螺旋进水道922，并且螺旋进水道922的末端制有能将流体螺旋喷出的喷射口934；桶体91内的中轴上共轴设有圆筒形的次级沉淀桶94；次级沉淀桶94侧周的上部套设有均布有过水孔953的整流罩95。螺旋进水道922对初始流入的二元冰浆混合物进行预压缩并形成环流经喷射口934流入整流罩95与桶体91内壁之间。经离心作用，二元冰浆混合物中较大颗粒的污物落入桶体91底部。经过初次净化的二元冰浆混合物经过水孔953进入次级沉淀桶94再次沉淀后经功能片93上的管道排出。

功能片93中部制有贯穿的管体，该管体上端部分为穿过向外伸出上壳体92的回收管933，该管体下端部分伸入次级沉淀桶94中部并且端部制有回收孔931；回收孔931工作面的上沿口附近制有回收副翼932。回收管933连接外部设备，对经净化的冰浆混合液进行集中回收。回收孔931用于对二元冰浆混合物进行最后一次过滤并减低流速。回收副翼932的作用是对回收副翼932与次级沉淀桶94内侧之间的空间形成挤压区域，使冰浆在此区域形成方向向下的相对高流速区。

功能片93的管体下端端部大体为倒置圆锥结构，并且该圆锥具有缺口，其中位于该缺口的平面上均布有回收孔931。倒置圆锥结构能使液体流经的截面积逐步增大，从而减小流速，利于污物沉淀。圆锥具有缺口为十分之一个圆锥剖去，并有均布回收孔931的平板填充，回收孔931的吸入方向恰好与冰浆流向相反，能有效减少污物的吸入概率。

次级沉淀桶94的上部只有能从外部引入流体并形成环流经出液口943向次级沉淀桶94内喷射流体的进液环管942；次级沉淀桶94靠近下端的部分制有螺旋叶941。二元冰冰浆进入进液环管942并再次形成环流后由出液口943向次级沉淀桶94内喷出，加速离心作用，并且杂物螺旋下落，经螺旋叶941落入底部。并且，螺旋叶941可防止底部污物反冲泛起，避免二次污染。

整流罩95侧面中部以下均布有过水孔953；整流罩95侧面中部附近制有外凸的初级整流翼951；整流罩95侧面下沿制有外凸的次级整流翼952。初级整流翼951和次级整流翼952都是为了形成速差，增加沉淀效果。次级整流翼952较初级整流翼951面积更大，还具有防止底部污物反冲泛起的作用。

桶体91底部靠近侧面的部分制有下陷的环形凹槽913；桶体91底部中心附近贯穿设有主排污管912；凹槽913底部附近设有副排污管911。环形凹槽913利于主排污管912吸取污物。

上壳体92的螺旋进水道922的初始端为接驳口921。接驳口921用于与外部设备的快速连接。

较大的压力能增加二氧化碳的溶解度，在随后的降压过程中，由于溶解度的相应减小，能加剧二氧化碳的析出，形成微小的气泡，进而减小二元冰冰晶的粒径。也可以采用制冰催化剂7使冰浆液6溶解有更高的二氧化碳。储冰箱3内侧设有螺旋刮刀5，节流阀的喷射方向朝着螺旋刮刀5与储冰箱3相接触的部分；螺旋刮刀5经传动轴31a与电动机31相连。节流阀的喷射使含有二元冰冰晶颗粒的冰浆液6向储冰箱3的内表面容易积聚冰晶，在该位置设置螺旋刮刀5，能分散冰晶颗粒，防止冰晶聚集而颗粒变大，从而能有效改善冰浆液6的流动性。螺旋刮刀5具有至少两把呈辐射状排布的刮刀片52；刮刀片52制有刀口52a和与刀口52a位置相反的尖锐的整流角52b；刮刀片52的刀体呈圆弧形。圆弧形刮刀片52能减小噪音。旋转的螺旋刮刀5表面由于局部真空而产生气泡，当这些气泡破裂时就产生噪声。本设计能使产生的气泡沿着圆弧形刮刀片52移向整流角52b，使得气泡聚集变大，减少气泡数量，而大气泡不易破裂，在水中恢复非真空状态后又会变小消失。制冷管2为套管结构，并且该套管结构的内管与外管之间具有用于热交换的低温换热液8a，并且低温换热液8a的冰点低于冰浆液6的冰点。制冷机8经低温换热液8a与冰浆液6交换热量，因此该过程中低温换热液8a不应过冷而凝固，故采用冰点更低的低温换热液8a。

尽管已结合优选的实施例描述了本发明，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对在这里列出的主题实施各种改变、同等物的置换和修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。

Claims (8)

1.无杂质型二元冰系统，其特征是：包括经管道依次相连冰浆净化器（9）、泵、储液箱（4）、连接有制冷机（8）的制冷管（2）和储冰箱（3），并且管道的管路内部具有冰浆液（6）；所述的泵为增压泵（1）；所述的位于储液箱（4）和制冷管（2）内的冰浆液（6）压力为0.1MPa至4MPa，冰浆液（6）位于制冷管（2）射流出口附近的温度为-5℃至4℃；所述的制冷管（2）射流出口上安装有能限制所述的储液箱（4）和制冷管（2）内的冰浆液（6）压力的节流阀；所述的储液箱（4）上制有能单向通入气体或液体的单向输入装置。

2.根据权利要求1所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的冰浆净化器（9）具有桶体（991）；所述的桶体（991）上沿口配合设有功能片（993）；所述的功能片（993）套设有上壳体（92），并且所述的功能片（93）与上壳体（92）间夹合形成螺旋进水道（922），并且所述的螺旋进水道（922）的末端制有能将流体螺旋喷出的喷射口（934）；所述的桶体（91）内的中轴上共轴设有圆筒形的次级沉淀桶（94）；所述的次级沉淀桶（94）侧周的上部套设有均布有过水孔（953）的整流罩（95）。

3.根据权利要求2所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的功能片（93）中部制有贯穿的管体，该管体上端部分为穿过所述的向外伸出上壳体（92）的回收管（933），该管体下端部分伸入所述的次级沉淀桶（94）中部并且端部制有回收孔（931）；所述的回收孔（931）工作面的上沿口附近制有回收副翼（932）。

4.根据权利要求3所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的功能片（93）的管体下端端部大体为倒置圆锥结构，并且该圆锥具有缺口，其中位于该缺口的平面上均布有回收孔（931）。

5.根据权利要求4所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的次级沉淀桶（94）的上部只有能从外部引入流体并形成环流经出液口（943）向次级沉淀桶（94）内喷射流体的进液环管（942）；所述的次级沉淀桶（94）靠近下端的部分制有螺旋叶（941）。

6.根据权利要求2所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的整流罩（95）侧面中部以下均布有过水孔（953）；所述的整流罩（95）侧面中部附近制有外凸的初级整流翼（951）；所述的整流罩（95）侧面下沿制有外凸的次级整流翼（952）。

7.根据权利要求2所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的桶体（91）底部靠近侧面的部分制有下陷的环形凹槽（913）；所述的桶体（91）底部中心附近贯穿设有主排污管（912）；所述的凹槽（913）底部附近设有副排污管（911）。

8.根据权利要求2所述的无杂质型二元冰系统，其特征是：所述的上壳体（92）的螺旋进水道（922）的初始端为接驳口（921）。

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