CN104142038A - 带预冷套的气体直接接触式冰浆的制取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够实现高效制取冰浆的装置，并提出了其工业化生产中的改良。此装置采用气体直接接触法，而在此基础上添加的盘管式预冷套及喷头输气辅助换热装置大大加强了制取冰浆的效果，提高了制取效率。预冷套是由紫铜管围绕制取冰浆装置盘环而成，气体在流经盘管式紫铜管时，可以先将溶液进行预冷，增加气体在装置当中的滞留时间，以便提高整体的换热效率；喷头装置使气体在装置中滞留时间增加，气体与溶液热交换面积增大。此外添加真空保温措施，利用真空隔热原理，将装置外筒两层中间部分抽成真空，以便减少载冷剂气体在装置中流动过程中向环境的冷量散失。通过本发明的改良，实验及工业生产设备得到简化与优化，便于搭建和后期维护。

Description

带预冷套的气体直接接触式冰浆的制取装置

技术领域

本发明包括了一种能够快速制取冰浆的装置系统以及方法，本发明也涉及关于该装置在实际生产生活当中快速制取的冰浆的应用。

背景技术

一些大中城市的空调用电占其高峰用电的20％以上，然而电网峰谷负荷差值高达40％，造成发电资源很大的闲置，夜间电力资源极大浪费。冰蓄冷技术是对能源的一种储备，其原理是利用夜间较廉价的低谷电力制冰，并把冷量储存起来，在用电高峰时将冰溶化时的相变潜热释放出来，所获得的冷量提供空调等制冷服务。现在各国都在鼓励使用蓄冷空调，可见冰蓄冷已成为非常重要的一项科学技术，但是目前该技术仍然存在很大的提升空间。

现有的技术是将许多球体堆集在一个圆柱形蓄冷罐内，使载冷剂从球间流过并换热，而冰球的蓄冷凝结是很复杂的传热问题。很多学者在研究冰浆对于系统换热性能和冰堵等的影响，以冰浆作媒介来接收和传递冷量。而冰浆的制取又有着不同的方法，我们将参考已有以气体直接接触式制取冰浆的方式，并提出自己的想法和创意，设计出自己的冰浆制取方法，进行相应的实验研究并对相应的环节进行修改和完善。

目前使用最广泛的技术是将比热容较大的溶液做成冰球形式来存储冷量，制冷剂从冰球间流过以达到换热目的。通过查阅资料，我们发现可以通过改善现有的制取方法，采用更加高效经济的方式，使得此换热过程的效果进一步提高，即使用具有良好的流动性的“冰浆”代替冰球以达到促进换热过程效率的目的。

目前，最新提出的动态制冰过程是采用过冷气体直接接触混合水溶液制取冰浆。具体流程就是从储存罐里出来的气体，通过某种方式(如液氮、低温制冷机等)将其冷却并降低到一定的温度，然后将其送入到一个装有水溶液的发生装置，让低温气体与该溶液相互接触，就会生成冰浆，气体可以循环利用或排入大气当中。由于此方法生产出来的冰浆比较细腻、流动性很好、质量含冰率较高，可以直接应用到实际制冷循环或者其它生产生活方面。本装置就是基于这种气体直接接触式制冰原理，在此基础上改进了实验发生装置，并且增加了预冷套及喷嘴，设计出了一套能够高效、快速制取冰浆的装置系统。

发明内容

本发明的目的在于制造出一个能够高效、快速制取冰浆的装置系统。

本发明的另外一个目的就是提供本发明装置在实际生产生活当中的应用。

本发明的上述目的采用如下技术方案来实现：

本发明是冰蓄冷场合的基于气体直接接触式的快速冰浆制取，系统装置主要由气体供应装置、流量计量控制装置、温度测量装置、冷却装置、回热装置以及冰浆发生装置六个装置组成，它们之间由聚乙烯管连接。所述气体供应装置是一种为该冰浆快速制取系统运行提供载冷剂气体的装置，它的作用就是为系统运行提供源源不断的载冷剂气体。所述载冷剂可以是常见的空气、载冷剂气体或者其它气体，对于比较难获得的气体可以采取循环利用以降低成本。

所述流量计量控制装置是与气体供应装置直接连接的，目的用于合理控制气体流量以及计量气体用量。

所述温度测量装置分为三种：热电偶测温装置、数显温度计及气体测温仪。热电偶测温装置用于测量经过回热器和冷却装置冷却后气体的温度；数显温度计用于测量溶液的温度；气体测温仪用于测量与溶液充分换热后气体的温度。

所述冷却装置是用来获取低温气体的装置，它可以利用一些低温物质(如液氮)直接冷却降温，也可以是利用制冷机直接冷却降温。后者可以利用夜间低谷电来驱动制冷机给气体降温，以实现节能。

所述回热装置是将冷量回收利用的装置。由于与溶液充分热交换后的气体温度还是相当低的，利用回热器将这部分冷量收集起来，将气体在进入冷却装置前先进行一定的降温。

所述冰浆发生装置是本系统的核心装置，是实现冰浆能够高效快速制取的关键部分。主要由双层储存器、预冷套及喷头组成。所谓双层储存器是利用真空隔热原理，将两层中间部分抽成真空以便减少载冷剂气体在装置中流动过程当中向环境的冷量散失；所谓预冷套是由紫铜管围绕制取冰浆装置盘环而成，气体在流经盘环状紫铜管时，可以先将溶液进行预冷，增加气体在装置当中的滞留时间，以便提高整体的换热效率，减少制取冰浆的时间，快速获取冰浆；所谓喷头是将流动气体发散喷出以便增加气体与溶液的接触面积，增大换热速度，进一步减少制取冰浆的时间，实现快速的冰浆制取。

本发明装置与已有装置先比较具有更高的经济效益，优越性在于：

1)利用气体作为载冷剂，并增加了真空保温措施、预冷套以及喷头，可以减少冷量向环境当中的散失，使气体在装置中滞留时间增加，气体与溶液热交换面积增大，大大提高了对载冷剂气体的换热效益。提前预冷可以将气体在与溶液接触前提升一定的温度，同时可以使温度分布更加均匀，避免温度不均及气体温度太低造成的冰堵现象。如果采用空气作为载冷剂更加会大大提升经济效益，并且有助于促进环境友好型社会的建设。

2)设备简单，便于搭建和维护。本发明所设计的系统以及装置在制造过程当中会很简便，并且维护起来也比较方便，维护费用比较低廉。同时所适用的场合不受限制，能满足生产生活当中各个地方的需要，大到工厂，小到民用，使用范围比较灵活。

附图说明

图1(实验装置)

1 氮气瓶

2 压力表

3 阀门

4 转子流量计

5 冷源

6 间接换热器

7 连接导管(聚四氟乙烯管或其它材料)

8 温度传感器

9 保温材料

10 温度传感器

11 冰浆发生装置(有机玻璃或其它材料)

12 直接换热器

13 喷头

14 水溶液入口

15 冰浆出口

16 真空抽气口

图2(生产生活装置)

1 空气压缩机

2 转子流量计

3 连接导管(不锈钢管或其它材料)

4 保温材料

5 温度传感器

6 冰浆发生装置(不锈钢或其他材料)

7 喷头

8 水溶液入口

9 直接换热器(紫铜管或其他材料)

10 冰浆出口

11 真空抽气孔

12 制冷系统

13 温度传感器

14 节流阀

15 换热器

具体实施方式

以生产生活装置为例(实验装置同理)：载冷剂气体通过气体供应装置1(如空气压缩机)，通过流量计量控制装置2(如转子流量计)对实验过程中的载冷剂气体流量进入进行控制及使用量的记录，调整载冷剂气体的流量获得最快的冰浆制取速度。载冷剂气体经流量计2后经不锈钢管3进入回热器15中被充分换热后的冷气体进行一定的降温，之后再进入节流阀14进行一定的节流降温，最后在冷却装置12(如制冷系统)中冷却到所需温度，温度由温度传感器13(如热电偶)测量。经过冷却后的载冷剂气体依旧进入不锈钢管3，但后面的所有管道均由保温材料4包围，以尽可能地减少冷量的散失。在确保载冷剂气体合格的条件下，气体开始进入主体装置冰浆制取装置6，在气体进入之前，利用真空泵通过真空抽气孔11将装置隔层间抽成真空状态给装置保温。此时，经过冷却的载冷剂气体从不锈钢管3中进入被我们盘卷成螺旋状的紫铜管9中，进行这一步的目的是使预冷套的作用发挥出最大效应。当冷却后的载冷剂气体流经紫铜管9，会将一部分冷量传递到铜管9上，这样对于载冷剂气体来说，有一定的能量损失，但这些能量全部进入了溶液当中，这样看来能量只是发生了转换而非发生了能量的耗散。然而这样做的好处又在于使得直接接触水溶液的载冷剂气体温度有所升高，不至于因温差过大而瞬间产生冰堵。与此同时，冷量又会通过紫铜管9提前传均匀地递给水溶液，这样处理过的水溶液温度会更加均匀，也就更不会产生冰堵。紫铜管9末端连接一个或多个喷头7，使气体流出时向空间喷射更加均匀，同时增强扰动，增加换热面积。最后获得的冰浆由冰浆排出口10排出，换热后的低温气体通过温度传感器5测温后进入回热装置15中，此时完成一个循环。再通过溶液泵通过溶液入口8向装置中添加溶液，继续重复上述过程，实现连续制取。

本发明中制冷系统12可以利用夜间低谷电来驱动，制冷系统12通过制冷剂与气体一级换热将冷量传给气体，使气体温度进一步降低以达到所设定的温度。这样可以将低谷电转换为冰浆，利用冰浆制冷可以缓解白天的用电压力，即所谓的“削峰填谷”，或者将冰浆直接或间接用于其它行业。

Claims (4)

1.一种以气体直接接触式方法作为基础的冰浆的快速制取装置，其特征在于由双层储存器、预冷套及喷头组成。预冷套置于双层储存器内的液体环境中，尾端连接喷头，以达到提高换热系数目的。

2.根据权利要求1所述的冰浆的快速制取装置，储存器由双层有机玻璃筒制成，其特征在于：内筒内部盛放被制冷溶液以及预冷套和喷头；内、外筒之间部分抽取真空，以减少由于导热、对流造成的冷量散失。

3.根据权利要求1所述的冰浆的快速制取装置，双层储存器内放置预冷套，其特征在于：预冷套由导热性能良好且价格低廉的紫铜制成，铜管盘旋放置以增强内部气体与管壁热交换，同时加长了预冷套长度，使管内气体在通入被制冷液体前能与之尽可能多地进行热交换。

4.根据权利要求1所述的冰浆的快速制取装置，紫铜预冷套尾端设置有喷头，其特征在于：喷头连接单孔的铜管，其尾端密集且面积很小的多孔布置相当于多喷嘴的构造，可增强气体扰动，进一步提高换热强度。