CN102679652A - 一种冰浆制备方法及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冰浆制备方法及其制备装置，其方法是先对载冷剂进行第一级冷却，将载冷剂冷却到-5℃以下，-15℃以上，得到低温载冷剂；然后向温度已降低的载冷剂中喷入水；最后对喷入水后的载冷剂进行二级冷却并持续冷却，使水与载冷剂换热凝结成冰晶得到冰浆。其装置的结晶器包括载冷剂流通通道，所述载冷剂流通通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段上对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段上对应设置有第二级蒸发器，两级蒸发器分别用于与制冷机组相连，所述载冷剂流通通道靠近第一制冷段的端口为载冷剂进口，靠近第二制冷段的端口为载冷剂出口，两制冷段之间设置有进水通道。

Description

一种冰浆制备方法及其制备装置

技术领域

本发明涉及一种动态制备冰浆的方法，同时，还涉及一种制备冰浆的装置。

背景技术

长久以来，冰在空调、保鲜以及工业加工过程中都有着广泛的应用，尤其值得一提的是，随着我国经济和社会的快速发展，造成了电力供应紧张，电网负荷不平衡现象日益突出，日用电峰谷差和年用电峰谷差增大。冰蓄冷成为一种重要的解决方法，有着重要的节能意义。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，上端设置有流体冰流出口。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，并且在制冰过程中，冰晶容易结在内缸壁上，致使制冰的有效空间减小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能量利用率高、制冰效率高的冰浆制备方法,同时本发明的目的还在于提供一种冰浆的制备装置。

为实现上述目的，本发明的冰浆制备方法采用如下技术方案：一种冰浆制备方法，该方法包括如下步骤：

a.对载冷剂进行第一级冷却，将载冷剂冷却到-5℃以下，-15℃以上，得到低温载冷剂；

b.向温度已降低的载冷剂中喷入水；

c.对喷入水后的载冷剂进行二级冷却并持续冷却，使水与载冷剂换热凝结成冰晶得到冰浆。

该方法还在第一级冷却阶段向载冷剂中通入压缩气体。

该方法还在第二级冷却阶段向载冷剂中通入压缩气体。

所述水的喷入是以水与压缩气体的气液混合物的方式喷入的。

本发明的冰浆的制备装置采用如下技术方案：

一种冰浆的制备装置，包括结晶器，所述的结晶器包括载冷剂流通通道，所述载冷剂流通通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段上对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段上对应设置有第二级蒸发器，两级蒸发器分别用于与制冷机组相连，所述载冷剂流通通道靠近第一制冷段的端口为载冷剂进口，靠近第二制冷段的端口为载冷剂出口，两制冷段之间设置有进水通道。

所述的进水通道上连通设置有一气液喷嘴，该气液喷嘴的气体进口用于与空气压缩机的出口相连，液体进口用于与水管相连。

所述气液喷嘴包括外管，外管的后端口为液体进口，前端口为气体出口，外管内固定设置有内管，内管的后端固定在外管的管壁上并且内管的后端口与液体进口连通，内管的前端口为液体出口，内管的前段与外管之间具有气体通道，外管上设置有与气体通道连通的气体进口。

所述的气液喷嘴通过气液喷嘴座与进水通道连通，所述载冷剂流通通道的第一制冷段和第二制冷段通过气液喷嘴座连通，气液喷嘴座内设置有延伸至两端的内通道，第一制冷段和第二制冷段分别固定在气液喷嘴座的两端并均与气液喷嘴座的内通道连通，所述进水通道设置在气液喷嘴座的侧面上，进水通道与气液喷嘴座的内通道连通，所述气液喷嘴固定安装在进水通道中。

所述载冷剂流通通道上设置有压缩气体的导入口，所述导入口处于载冷剂流通通道上第一制冷段的端头部位，所述压缩气体的导入口用于与空气压缩机相连。

所述压缩气体的导入口通过充气喷嘴用于与空气压缩机相连。

本发明的第一级蒸发器先在第一制冷段上对载冷剂进行冷却，将载冷剂冷却到-5℃以下，-15℃以上，得到低温制冷剂，被第一级蒸发器冷却后的载冷剂流经两个制冷段之间的进水通道处时会得来自进水通道的水，水进入载冷剂后随载冷剂一起流到第二制冷段内被第二级蒸发器进一步冷却。水与载冷剂换热结晶得到流体冰。由于形成冰晶的水是在两制冷段之间喷入载冷剂中的，与载冷剂流通通道的侧壁接触的大部分都是载冷剂，水是通过与载冷剂换热而结晶的，因此，载冷剂流通通道的侧壁上不会出现厚厚的冰层，制冰的有效空间不会减小。

本发明的水是采用水与压缩气体的气液混合物的方式喷入的，气液混合物是通过气液喷嘴导入载冷剂流通通道的，气液喷嘴具有内外两个流道，外侧为压缩气体流道，内侧为水流道，高速气体裹挟水喷入换热管内，水在喷嘴口还没来得吸收冷量就被喷入载冷剂中了，可以防止水在喷嘴口处结冰导致冰堵。并且气体的导入会对流体产生扰动作用，防止水在载冷剂流通通道的侧壁上结冰，并且液体的扰动会提高换热效率。

本发明的载冷剂流通通道上在第一制冷段的端头部位设置有压缩气体的导入口，由导入口导入的压缩气体对载冷剂进行搅拌、震荡，改善载冷剂在管内的流动状态，强化第一级蒸发器的换热，提高换热效率，优化能量的利用。

附图说明

图1是本发明的冰浆的制备装置的结构示意图；

图2是图1中的充气喷嘴的结构示意图；

图3是图1中的气液喷嘴的结构示意图；

图4是图1中的装配有充气喷嘴的充气喷嘴座的结构示意图；

图5是图1中的装配有气液喷嘴的气液喷嘴座的结构示意图 。

具体实施方式

一种冰浆制备方法的实施例，该方法采用两级冷却的方式进行冰浆的制备，利用载冷剂与制冷剂进行换热，再将载冷剂含有的冷量传递给水使得水结晶形成冰浆，该方法具体包括如下步骤：

首先，对载冷剂进行第一级冷却，在一级冷却的过程，根据不同的需要将载冷剂冷却到-5℃以下，-15℃以上，得到低温载冷剂；

然后，向温度已降低的载冷剂中喷入水；这里水是以小水滴的形式喷入的；

最后，对喷入水后的载冷剂进行二级冷却，再此冷却过程中喷入的水滴与载冷剂进行换热结晶产生冰晶，并持续冷却，使水全部结晶形成冰浆。

该方法还在第一级冷却阶段中向载冷剂中通入压缩气体，压缩气体使得载冷剂产生扰动，强化换热效果，提高换热效率，同时使得载冷剂的温度平衡，让载冷剂被均匀冷却。在第二级冷却过程中也向载冷剂中通入了压缩气体，这里的压缩气体是通过气液混合物的方式与水一起喷入的，通过气液喷嘴将水和压缩气体一同喷入载冷剂中，为载冷剂提供制冰的原料，同时，压缩气体与水同时喷入会将水打散使水形成水滴，方便冰浆的形成并且防止水结成大的冰块堵塞气液喷嘴4的喷嘴口。

本实施例中的载冷剂可以是：盐水，乙二醇溶液，油类或醇类物质。

本实施例中的水可以是自来水也可以是纯净水。

一种冰浆的制备装置的实施例，在图1~5中，该冰浆的制备装置主要由一个结晶器组成，结晶器具有一个载冷剂流通通道8，载冷剂流通通道8在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段与第二制冷段通过气液喷嘴座7连通，气液喷嘴座7内具有内通道，内通道延伸到气液喷嘴座7的两端，第一制冷段与第二制冷段通过螺纹固定装配在气液喷嘴座7的两端并分别与内通道的两端连通。第一制冷段上对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段上对应设置有第二级蒸发器。第一级蒸发器的制冷剂进口9和制冷剂出口3分别与制冷机组相连，第二级蒸发器的制冷剂进口6和制冷剂出口5也分别与制冷机组相连，两级蒸发器并联设置，分别为载冷剂流通通道8内流过的载冷剂降温。载冷剂流通通道8靠近第一级蒸发器的端口为载冷剂进口10，载冷剂流通通道8靠近第二级蒸发器的一端的端口为载冷剂出口。在载冷剂进口与第一蒸发器之间的载冷剂流通通道8上串设有具有内孔的充气喷嘴座2，载冷剂流通通道8上与充气喷嘴座2之间通过螺纹固定连接。

在气液喷嘴座7的侧壁上均布有四个进水通道，各个进水通道的内端口均倾斜朝向第二制冷段，各个进水通道的轴线与载冷剂流通通道8的轴线之间的夹角均为45度。各个进水通道均与气液喷嘴座7的内通道连通。各个进水通道内分别通过螺纹固定安装有气液喷嘴4。气液喷嘴4包括外管14，外管14的后端口为液体进口16，前端口为气体出口，外管14内固定设置有内管15，内管15的后端固定在外管14的管壁上并且内管15的后端口与液体进口16连通，内管15的前端口为液体出口，内管15的前段与外管14之间具有气体通道，外管14上设置有与气体通道连通的气体进口17，其中内管15的液体出口处为缩口结构，外管14的气体出口处也为缩口结构。外管14上设置有与进水通道的内螺纹连接的外螺纹。液体出口与气体出口均通过进水通道与载冷剂流通通道8连通。气体进口用于与空气压缩机的出口相连，液体进口16用于与水管相连。

在充气喷嘴座2的侧壁上均布有四个压缩气体的导入口，各个导入口均与充气喷嘴座2的内孔连通，并且各个导入口的轴向均与充气喷嘴座2的内孔轴线垂直。各个导入口内分别通过螺纹固定安装有充气喷嘴1。气液喷嘴4包括充气管12，充气管后端口为进气口13，用于与空气压缩机的出口相连，充气管的前端口为缩口结构与导入口相连通，充气管的外周面上设置有与导入口的内壁上设置的螺纹固定配合的外螺纹。

上述实施例中的冰浆的制备装置在工作时，将载冷剂从载冷剂进口中导入载冷剂流通通道8，同时将第一级蒸发器和第二级蒸发器接入制冷系统中。载冷剂在第一级蒸发器中温度降到-5℃以下，-15℃以上，然后进入在第二级蒸发器中继续降温，在第一级蒸发器与第二级蒸发器之间采用气液喷嘴4向载冷剂中喷入水，使水随着载冷剂流向第二级蒸发器，水在第二级蒸发器中与载冷剂换热结晶得到冰浆。

在第一级蒸发器的端头部位通过充气喷嘴1向载冷剂中充入压缩空气，压缩空气对载冷剂进行搅拌、震荡，改善载冷剂在载冷剂流通通道8内的流动状态，强化第一级蒸发器的换热效果，提高能量的利用率。

喷入载冷剂中的水是采用气液混合物的形式喷入的并利用气液喷嘴4实现气液混合物的喷入，这里的气液喷嘴4设置了内外同轴的两个流道，外侧为压缩气体流道，内侧为水流道，水从液体出口喷出，在进入载冷剂流通通道8前雾化，形成小水滴，从气体出口出来压缩空气裹挟着水滴进入载冷剂流通通道8前，使得水滴在喷嘴口处来不及换热结冰，防止水在喷嘴口处结冰导致堵塞。

水滴进入载冷剂流通通道8前中，与管内载冷剂换热降温，发生凝固相变，形成冰晶颗粒，冰晶颗粒在载冷剂的携带下借助压缩空气的推力流出第二级蒸发器。

Claims (10)

1.一种冰浆制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a.对载冷剂进行第一级冷却，将载冷剂冷却到-5℃以下，-15℃以上，得到低温载冷剂；

b.向温度已降低的载冷剂中喷入水；

c.对喷入水后的载冷剂进行二级冷却并持续冷却，使水与载冷剂换热凝结成冰晶得到冰浆。

2.根据权利要求1所述的冰浆的制备方法，其特征在于：该方法还在第一级冷却阶段向载冷剂中通入压缩气体。

3.根据权利要求1所述的冰浆的制备方法，其特征在于：该方法还在第二级冷却阶段向载冷剂中通入压缩气体。

4.根据权利要求1或2或3所述的冰浆的制备方法，其特征在于：所述水的喷入是以水与压缩气体的气液混合物的方式喷入的。

5.一种冰浆的制备装置，包括结晶器，其特征在于：所述的结晶器包括载冷剂流通通道，所述载冷剂流通通道在流动方向上分为第一制冷段和第二制冷段，第一制冷段上对应设置有第一级蒸发器，第二制冷段上对应设置有第二级蒸发器，两级蒸发器分别用于与制冷机组相连，所述载冷剂流通通道靠近第一制冷段的端口为载冷剂进口，靠近第二制冷段的端口为载冷剂出口，两制冷段之间设置有进水通道。

6.根据权利要求5所述的冰浆的制备装置，其特征在于：所述的进水通道上连通设置有一气液喷嘴，该气液喷嘴的气体进口用于与空气压缩机的出口相连，液体进口用于与水管相连。

7.根据权利要求6所述的冰浆的制备装置，其特征在于：所述气液喷嘴包括外管，外管的后端口为液体进口，前端口为气体出口，外管内固定设置有内管，内管的后端固定在外管的管壁上并且内管的后端口与液体进口连通，内管的前端口为液体出口，内管的前段与外管之间具有气体通道，外管上设置有与气体通道连通的气体进口。

8.根据权利要求7所述的冰浆的制备装置，其特征在于：所述的气液喷嘴通过气液喷嘴座与进水通道连通，所述载冷剂流通通道的第一制冷段和第二制冷段通过气液喷嘴座连通，气液喷嘴座内设置有延伸至两端的内通道，第一制冷段和第二制冷段分别固定在气液喷嘴座的两端并均与气液喷嘴座的内通道连通，所述进水通道设置在气液喷嘴座的侧面上，进水通道与气液喷嘴座的内通道连通，所述气液喷嘴固定安装在进水通道中。

9.根据权利要求8所述的冰浆的制备装置，其特征在于：所述载冷剂流通通道上设置有压缩气体的导入口，所述导入口处于载冷剂流通通道上第一制冷段的端头部位，所述压缩气体的导入口用于与空气压缩机相连。

10.根据权利要求9所述的冰浆的制备装置，其特征在于：所述压缩气体的导入口通过充气喷嘴用于与空气压缩机相连。

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