CN103353196A - 一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，包括由压缩机、四通换向阀、换热器、节流装置和第一板式换热器组成的制冷系统；由第一循环泵、第一板式换热器、第二板式换热器、第一截止阀、载冷剂水箱及第二截止阀组成的载冷剂系统；由第二板式换热器、过冷解除器、蓄冰槽、第一过滤器和第二循环泵组成的过冷水系统。由于采用的制冷系统设有四通换向阀，实现板式换热器功能切换提供热量，且载冷剂系统设有除冰堵热用管路，装置以冷凝放热为热源，能够有效减少过冷水制冰系统能耗，进行除冰堵时仅加热少量管道内载冷剂，可减少需加热载冷剂总量，降低系统除冰堵能耗，加快除冰堵及重新制冰速度。

Description

一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统

技术领域

本发明属于过冷水制冰领域，更加具体地说，具体涉及一种利用热泵原理实现对过冷水制冰系统进行除冰堵的装置和方法。

背景技术

我国能源日益紧张且用电量存在明显的峰谷，因此过冷水制冰技术用于蓄冷领域逐步受到重视。过冷水状态不稳定，流经换热器时容易因扰动或温度过低而发生冰堵现象，造成系统间断运行，严重时可能损坏换热器。目前，采用过冷水法制冰时，除冰堵方法主要有两种：一是以电加热器加热换热器或介质，将热量传递给换热器内冰晶并将其融化；二是利用冷凝器放热加热部分流体，除冰堵时将其通入换热器，主要在部分大型系统应用。然而，以电加热器为热源消除冰堵耗费大量高品位能量，且存在一定安全隐患；以冷凝器放热加热流体除冰堵，系统比较复杂，投资较大，不适合用于小型系统。总体而言，已有过冷水制冰法中采用的除冰堵方法相对匮乏并存在诸多缺点，因此设计一种高效节能、结构简单、安全可靠的过冷水制冰除冰堵方法，对于促进过冷水制冰法的推广应用具有重大的意义。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于制冷与热泵原理，能够实现直接利用冷凝热加热少量载冷剂，快速可靠消除冰堵的结构与方法，以提高过冷水制冰装置除冰堵的能效及可靠性，促进过冷水制冰法的广泛研究与应用。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，包括由压缩机2、四通换向阀1、换热器3、节流装置4和第一板式换热器5组成的制冷系统；由第一循环泵8、第一板式换热器5、第二板式换热器11、第一截止阀9、载冷剂水箱6及第二截止阀10组成的载冷剂系统；由第二板式换热器11、过冷解除器12、蓄冰槽14、第一过滤器7和第二循环泵13组成的过冷水系统。系统的连接结构是：制冷系统通过第一板式换热器5与载冷剂系统连接；载冷剂系统通过第二板式换热器11与过冷水系统连接。

其中所述第一板式换热器5、第二板式换热器11选用两进两出式的换热器，以便于组成上述三个处理系统；所述过冷解除器12，用于将过冷水制备成冰浆（即0℃冰水混合物）。在制冷系统中循环的是普通制冷剂即可，载冷剂系统中循环的是乙二醇，过冷水系统中循环的是水。

在制冷系统中，利用第一板式换热器5的一个进口和一个出口分别与节流装置4和四通换向阀1相连，节流装置4与换热器3相连，换热器3与四通换向阀1相连，压缩机2的进气口和排气口与四通换向阀1相连，这样以来通过调整四通换向阀1的状态，以实现该系统中制冷剂的不同方向的循环，所述制冷剂选用本领域普通制冷剂即可。

在载流剂系统中，第一板式换热器5的另一组进口和出口分别与第二板式换热器11的一个进口和第一循环泵8相连，第二板式换热器11的一个出口通过第一截止阀9与载冷剂水箱6的进口相连，第二板式换热器11的一个出口通过第二截止阀10与第一循环泵8相连，载冷剂水箱6的出口直接与第一循环泵8相连，所述载流剂选用乙二醇。

在过冷水系统中，第二板式换热器11的另一组进口和出口分别与第二循环泵13、过冷解除器12相连，过冷解除器12与蓄冰槽14相连，以使利用过冷水制备的冰浆流入蓄冰槽14中，所述蓄冰槽14中设置有第一过滤器7，用于过滤冰晶和冰浆中的成核物质，以避免其对第二板式换热器的影响；所述第一过滤器7与第二循环泵13相连，以实现蓄冰槽中融化的冰水循环的目的；为进一步保证冰晶和冰浆中的成核物质的过滤，可选择在第二循环泵13和第二板式换热器11之间的管路中再设置第二过滤器，用于过滤冰晶和冰浆中的成核物质，以避免其对第二板式换热器的影响。

利用上述一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，通过四通换向阀转换1和载冷剂系统中第一截止阀9和第二截止阀10的启闭以实现过冷水制冰模式、除冰堵模式的分别运行。制冰运行时，设置四通换向阀使制冷系统以板式换热器为蒸发器，冷却载冷剂后通过另一共用板式换热器将冷量传递给水，将水冷却至过冷状态，在过冷解除器的作用下产生冰晶。发生冰堵时，切换制冷系统四通换向阀，以板式换热器为冷凝器加热管路内少量载冷剂（乙二醇）溶液，利用加热后的载冷剂（乙二醇）溶液融化板式换热器内冰晶。由于采用的制冷系统设有四通换向阀，实现板式换热器功能切换提供热量，且载冷剂系统设有除冰堵专用管路，所带来的有益效果是：

（1）装置以制冷系统冷凝放热为热源，能够有效减少过冷水制冰系统整体能耗。

（2）装置载冷剂系统中设有专用除冰堵管道，进行除冰堵时仅加热少量管道内载冷剂，可减少需加热载冷剂总量，降低系统除冰堵能耗，加快除冰堵及重新制冰速度。

附图说明

图1是本发明系统结构及过冷水制冰模式原理图。

图2是本发明系统结构及除冰堵模式原理图。

其中1为四通换向阀、2为压缩机、3为换热器、4为节流装置、5为第一板式换热器、6为载冷剂水箱、7为第一过滤器、8为第一循环泵、9为第一截止阀、10为第二截止阀、11为第二板式换热器、12为过冷解除器、13为第二循环泵、14为蓄冰槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如附图1—2所示，本发明的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，包括由压缩机2、四通换向阀1、换热器3、节流装置4和第一板式换热器5组成的制冷系统；由第一循环泵8、第一板式换热器5、第二板式换热器11、第一截止阀9、载冷剂水箱6及第二截止阀10组成的载冷剂系统；由第二板式换热器11、过冷解除器12、蓄冰槽14、第一过滤器7和第二循环泵13组成的过冷水系统。系统的连接结构是：制冷系统通过第一板式换热器5与载冷剂系统连接；载冷剂系统通过第二板式换热器11与过冷水系统连接。

其中所述第一换热器5、第二换热器11选用两进两出式的换热器，以便于组成上述三个处理系统；所述过冷解除器12，用于将过冷水制备成冰浆（即0℃冰水混合物）。在制冷系统中循环的是普通制冷剂即可，载冷剂系统中循环的是乙二醇，过冷水系统中循环的是水。

在制冷系统中，利用第一板式换热器5的一个进口和一个出口分别与节流装置4和四通换向阀1相连，节流装置4与换热器3相连，换热器3与四通换向阀1相连，压缩机2的进气口和排气口与四通换向阀1相连，这样以来通过调整四通换向阀1的状态，以实现该系统中制冷剂的不同方向的循环，所述制冷剂选用本领域普通制冷剂即可。

在载流剂系统中，第一板式换热器5的另一组进口和出口分别与第二板式换热器11的一个进口和第一循环泵8相连，第二板式换热器11的一个出口通过第一截止阀9与载冷剂水箱6的进口相连，第二板式换热器11的一个出口通过第二截止阀10与第一循环泵8相连，载冷剂水箱6的出口直接与第一循环泵8相连，所述载流剂选用乙二醇。

在过冷水系统中，第二板式换热器11的另一组进口和出口分别与第二循环泵13、过冷解除器12相连，过冷解除器12与蓄冰槽14相连，以使利用过冷水制备的冰浆流入蓄冰槽14中，所述蓄冰槽14中设置有第一过滤器7，用于过滤冰晶和冰浆中的成核物质，以避免其对第二板式换热器的影响；所述第一过滤器7与第二循环泵13相连，以实现蓄冰槽中融化的冰水循环的目的；为进一步保证冰晶和冰浆中的成核物质的过滤，可选择在第二循环泵13和第二板式换热器11之间的管路中再设置第二过滤器，用于过滤冰晶和冰浆中的成核物质，以避免其对第二板式换热器的影响。

利用上述一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，通过四通换向阀转换1和载冷剂系统中第一截止阀9和第二截止阀10的启闭以实现过冷水制冰模式、除冰堵模式的分别运行。

过冷水制冰模式：设置四通换向阀1，使压缩机2排气口与换热器3连通，吸气口与第一板式换热器5连接，以第一板式换热器5为蒸发器冷却流经的载流剂，即从压缩机排气口出来的高温高压气态制冷剂经过换热器换热后，经节流装置后进入第一板式换热器对载流剂进行降温，经过压缩机进气口流回。在第一循环泵8的作用下，将载冷剂水箱6内的载冷剂泵入第一板式换热器5，同时设置第一截止阀9为开启状态、第二截止阀10为关闭状态，经降温后进入第二板式换热器11，将冷量释放给水后通过第一截止阀9流入载冷剂水箱6。蓄冰槽14内的水在第二循环泵13的作用下经第二循环泵13送入第二板式换热器11冷却至过冷状态，经过冷解除器12破坏水的过冷状态而产生冰浆流入蓄冰槽14。

除冰堵模式：系统第二板式换热器11发生冰堵时，第二循环泵13停止运行，在整个除冰堵过程中，过冷水系统内不动作。设置四通换向阀1，使压缩机2排气口与第一板式换热器5连通，吸气口与换热器3连接，以第一板式换热器5为冷凝器加热流经载流剂，即从压缩机排气口出来的高温高压气态制冷剂经过第一板式换热器冷凝放热后，经节流装置后，再经过换热器进行蒸发，最后经过压缩机进气口流回。设置第一截止阀9为关闭状态、第二截止阀10为开启状态。使制冷系统以第一板式换热器5为冷凝器；先启动制冷系统，不启动第一循环泵8，将第一板式换热器5内载冷剂加热至适当温度后，例如达到0℃以上，5℃—6℃；再开启第一循环泵8，将第一板式换热器5内加热后的载冷剂循环至第二板式换热器11中，同时管路中的载冷剂进入第一板式换热器5内进行加热，如此循环以将第一板式换热器5内的热量释放给第二板式换热器11所产生的冰晶，实现除冰堵的目的。由第二板式换热器11流出的载冷剂通过第二截止阀10直接由循环泵8吸入，仅仅需要加热管路中的载冷剂，不需要对整个载冷剂水箱6进行加热，在减少所需加热的载冷剂数量的同时避免加热整个载冷剂水箱6带来的加热负担，克服加热不足的情况下载冷剂对第二板式换热器11带来更加严重的结冰情况。为防止第一循环泵8发生气蚀，载冷剂水箱出口管道不设置阀门，在第一循环泵8开始工作时，管路中载冷剂通过第二截止阀10直接由循环泵8吸入，管道内缺乏的少量的载冷剂通过载冷剂水箱出口予以补充，待整个循环系统流量稳定后，即可依靠整个循环管路中载冷剂实现，不再需要载冷剂水箱进行补充。

在实施过程中，可通过微机系统对本发明载流剂系统中的温度实行监控，并通过控制压缩机功率、节流装置（控制流量）、第一和第二循环泵（控制流量），以实现第一板式换热器和第二板式换热器中热交换的效果，实现对载流剂系统中温度的时时控制。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，其特征在于，包括由压缩机、四通换向阀、换热器、节流装置和第一板式换热器组成的制冷系统；由第一循环泵、第一板式换热器、第二板式换热器、第一截止阀、载冷剂水箱及第二截止阀组成的载冷剂系统；由第二板式换热器、过冷解除器、蓄冰槽、第一过滤器和第二循环泵组成的过冷水系统，所述制冷系统通过第一板式换热器与载冷剂系统连接；所述载冷剂系统通过第二板式换热器与过冷水系统连接，其中

在所述制冷系统中，利用第一板式换热器的一个进口和一个出口分别与节流装置和四通换向阀相连，节流装置与换热器相连，换热器与四通换向阀相连，压缩机的进气口和排气口与四通换向阀相连，这样以来通过调整四通换向阀的状态，以实现该系统中制冷剂的不同方向的循环；

在所述载流剂系统中，第一板式换热器的另一组进口和出口分别与第二板式换热器的一个进口和第一循环泵相连，第二板式换热器的一个出口通过第一截止阀与载冷剂水箱的进口相连，第二板式换热器的一个出口通过第二截止阀与第一循环泵相连，载冷剂水箱的出口直接与第一循环泵相连；

在所述过冷水系统中，第二板式换热器的另一组进口和出口分别与第二循环泵、过冷解除器相连，过冷解除器与蓄冰槽相连，以使利用过冷水制备的冰浆流入蓄冰槽中，所述蓄冰槽中设置有第一过滤器，用于过滤冰晶和冰浆中的成核物质，以避免其对第二板式换热器的影响；所述第一过滤器与第二循环泵相连，以实现蓄冰槽中融化的冰水循环的目的。

2.根据权利要求1所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，其特征在于，在所述过冷水系统中，进一步保证冰晶和冰浆中的成核物质的过滤，选择在第二循环泵和第二板式换热器之间的管路中设置第二过滤器，用于过滤冰晶和冰浆中的成核物质，以避免其对第二板式换热器的影响。

3.根据权利要求1或者2所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，其特征在于，在所述过冷水系统中，选用水为循环介质。

4.根据权利要求1或者2所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，其特征在于，在所述制冷系统中，选用本领域普通制冷剂即可。

5.根据权利要求1或者2所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，其特征在于，在所述载流剂系统中，所述载流剂选用乙二醇。

6.根据权利要求1或者2所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统，其特征在于，所述第一板式换热器、第二板式换热器选用两进两出式的换热器，以便于组成上述三个处理系统；所述过冷解除器，用于将过冷水制备成冰浆（即0℃冰水混合物）。

7.如权利要求1或者2所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统的运行方式，其特征在于，通过四通换向阀转换和载冷剂系统中第一截止阀和第二截止阀的启闭以实现过冷水制冰模式、除冰堵模式的分别运行：

过冷水制冰模式：设置四通换向阀，使压缩机排气口与换热器连通，吸气口与第一板式换热器连接，以第一板式换热器为蒸发器冷却流经的载流剂，即从压缩机排气口出来的高温高压气态制冷剂经过换热器换热后，经节流装置后进入第一板式换热器对载流剂进行降温，经过压缩机进气口流回；在第一循环泵的作用下，将载冷剂水箱内的载冷剂泵入第一板式换热器，同时设置第一截止阀为开启状态、第二截止阀为关闭状态，经降温后进入第二板式换热器，将冷量释放给水后通过第一截止阀流入载冷剂水箱；蓄冰槽内的水在第二循环泵的作用下经第二循环泵送入第二板式换热器冷却至过冷状态，经过冷解除器破坏水的过冷状态而产生冰浆流入蓄冰槽；

除冰堵模式：当第二板式换热器发生冰堵时，第二循环泵停止运行，在整个除冰堵过程中，过冷水系统内不动作；设置四通换向阀，使压缩机排气口与第一板式换热器连通，吸气口与换热器连接，以第一板式换热器为冷凝器加热流经载流剂，即从压缩机排气口出来的高温高压气态制冷剂经过第一板式换热器冷凝放热后，经节流装置后，再经过换热器进行蒸发，最后经过压缩机进气口流回；设置第一截止阀为关闭状态、第二截止阀为开启状态，使制冷系统以第一板式换热器为冷凝器；先启动制冷系统，不启动第一循环泵，将第一板式换热器内载冷剂加热至适当温度后；再开启第一循环泵，将第一板式换热器内加热后的载冷剂循环至第二板式换热器中，同时管路中的载冷剂进入第一板式换热器内进行加热，如此循环以将第一板式换热器内的热量释放给第二板式换热器所产生的冰晶，实现除冰堵的目的。

8.根据权利要求7所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统的运行方式，其特征在于，为防止第一循环泵发生气蚀，载冷剂水箱出口管道不设置阀门，在第一循环泵开始工作时，管路中载冷剂通过第二截止阀直接由第一循环泵吸入，管道内缺乏的少量的载冷剂通过载冷剂水箱出口予以补充，待整个循环系统流量稳定后，即可依靠整个循环管路中载冷剂实现，不再需要载冷剂水箱进行补充。

9.根据权利要求7所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统的运行方式，其特征在于，先启动制冷系统，不启动第一循环泵，将第一板式换热器内载冷剂加热达到0℃以上，优选5℃—6℃。

10.根据权利要求7所述的一种利用冷凝热的过冷水制冰装置除冰堵系统的运行方式，其特征在于，在实施过程中，通过微机系统对本发明载流剂系统中的温度实行监控，并通过控制压缩机功率、节流装置（控制流量）、第一和第二循环泵（控制流量），以实现第一板式换热器和第二板式换热器中热交换的效果，实现对载流剂系统中温度的时时控制。

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