CN104729175A - 一种制冷系统的快速动态制冰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冰系统的快速动态制冰方法，所述的制冰系统包括过冷却器、过冷消除装置、蓄冰槽；水从蓄冰容器中抽出，此时，水的温度≥0℃，经过过冷却器与冷媒换热后成为温度低于0℃的过冷水；过冷水经过过冷消除装置后，成为冰水混合物，进入蓄冰容器，在蓄冰容器中冰与水分离；分离出来的冰蓄存在蓄冰容器中，分离出来的水继续在制冰系统中循环。采用上述方案的动态制冰技术，冰层不在换热设备表面上生长，制冰溶液与冷媒之间的换热热阻不随制冰过程的进行而增加或改变，整个制冰过程中系统运行较稳定，因此系统的制冰效率得到提高；制冰速度快，运行稳定，单机最大制冰量可达1.5t/天，提高了制冰设备的大型化水平。

Description

一种制冷系统的快速动态制冰方法
技术领域
本发明属于制冷系统的技术领域。更具体地，本发明涉及一种制冰系统的快速动态制冰的方法。
背景技术
静态制冰技术研究较早，理论较成熟，并早已产业化。但是，静态制冰技术仍然存在水与冰分层明显，冰层增加固/液界面热阻，降低系统换热效率，放冷所需时间较长，冷冻机组性能系数(COP)降低等问题。而且，静态制冰速率基本上不可调，对负荷变化的响应能力差，在使用场所上也存在局限性。
目前国内采用静态制冰技术，单机最大制冰量不超过500kg/天，制冰效率低，产量不高。
发明内容
本发明提供一种制冰系统的快速动态制冰方法，其目的是解决静态制冰效率低的问题，在实现快速制冰的同时，提高了制冰设备的大型化水平。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的制冰系统的快速动态制冰方法，所述的制冰系统包括过冷却器、过冷消除装置、蓄冰槽；
水从蓄冰容器中抽出，此时，水的温度≥0℃，经过过冷却器与冷媒换热后成为温度低于0℃的过冷水；
过冷水经过过冷消除装置后，成为冰水混合物，进入蓄冰容器，在蓄冰容器中冰与水分离；
分离出来的冰蓄存在蓄冰容器中，分离出来的水继续在制冰系统中循环。
所述的过冷却器包括过冷水管路和二次冷媒管路；所述的二次冷媒为18.5～19.8％乙二醇水溶液。
所述的过冷水管路和二次冷媒管路为套管式结构，所述的过冷水管路为内管，其规格为Φ15～Φ16mm；所述的二次冷媒管路为外管，其规格为Φ28～Φ29mm。
所述的冷水管路和二次冷媒管路为逆向流动，其流动速度分别为：冷水管路：1～1.1m/s；二次冷媒管路：1.9～2.1m/s。
在所述的过冷水管路内设有扰动装置，所述的扰动装置设有弯曲的钢丝。
所述的过冷水管路的内壁设有纳米氟碳涂层。
在所述的过冷水管路的水中加入硅树脂，其与水的质量之比为1∶9。
所述的过冷消除装置采用过冷却水与挡板或容器壁进行激烈冲击的方式，或者采用两股过冷却水激烈冲击的方式。
本发明采用上述方案的动态制冰技术，冰层不在换热设备表面上生长，制冰溶液与冷媒之间的换热热阻不随制冰过程的进行而增加或改变，整个制冰过程中系统运行较稳定，因此系统的制冰效率得到提高；制冰速度快，运行稳定，单机最大制冰量可达1.5t/天，提高了制冰设备的大型化水平。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现解决静态制冰效率低的问题，在实现快速制冰的同时，提高了制冰设备的大型化水平的发明目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的制冰系统的快速动态制冰方法，所述的制冰系统包括过冷却器、过冷消除装置、蓄冰槽；
水从蓄冰容器中抽出，此时，水的温度≥0℃，经过过冷却器与冷媒换热后成为温度低于0℃的过冷水；
过冷水经过过冷消除装置后，成为冰水混合物，进入蓄冰容器，在蓄冰容器中冰与水分离；
分离出来的冰蓄存在蓄冰容器中，分离出来的水继续在制冰系统中循环。
本发明具有的特点是：制冰过程中一直保持较高的热交换效率，制冷机运行在较佳工况；生成冰缴凌式冰，融冰过程负荷跟随性好。
所述的过冷却器包括过冷水管路和二次冷媒管路；所述的二次冷媒为18.5～19.8％乙二醇水溶液。
该技术方案在相同的换热条件下，提高了换热系数，减少了换热面积，即提高了换热效率。
所述的过冷水管路和二次冷媒管路为套管式结构，所述的过冷水管路为内管，其规格为Φ15～Φ16mm；所述的二次冷媒管路为外管，其规格为Φ28～Φ29mm。
其材质为紫铜。
所述的冷水管路和二次冷媒管路为逆向流动，其流动速度分别为：冷水管路：1～1.1m/s；二次冷媒管路：1.9～2.1m/s。
对于过冷却器的水侧，制冷量一定时，进出口的温度与水流速度成反比，要想在过冷却出口获得较大过冷度的过冷水，则水的速度不能过大；但是，如果水的流速太小，就使过冷却器内水的流态处于层流区，就很容易诱发过冷却水结晶，导致过冷却器发生冰堵。
因此，在保证过冷度的前提下，确定一个较合理的流速是非常必要的。尽量使过冷却水处在湍流状态，这样使得所需要的传热面积也较小，不致使过冷却器的管道太长。
过冷却器内的水的温度分布不均匀，管壁处温度较低，管中心的温度较高。如果通过某种方式改变水的流态，减少管的温度梯度，使水的温度场均匀分布，来影响水的冷却过程，对避免过冷水管内冻结或防止过早的冻结会有帮助，
所以，在所述的过冷水管路内设有扰动装置，所述的扰动装置设有弯曲的钢丝。
采用波浪形的的钢丝，成本低廉，全球制造，易于拆装；可使流体边界层得到扰动而产生二次流，增加流体的湍流强度，促进核心流体与壁面处边界流层的混合，使流体的速度和温度趋于分布均匀。
所述的过冷水管路的内壁设有纳米氟碳涂层。由于该纳米氟碳涂层材料具有优良的物理和化学性能，对金属壁面的特性起到改善效果，特别是表面呈超强疏水性。纳米氟碳涂层的表面上，水的润滑性能很差，增加了水结晶时临界形核势垒和临界成核半径，并影响冰晶的形成速率，有效减少了过冷水在管壁结冰的几率，降低了管内冰堵的可能性。
因此，在相同条件下，采用纳米氟碳涂层过冷却器较易在出口处获得具有较大的过冷度的水，整个制冰效率也可以得到提高，最终降低了系统的能耗。
在所述的过冷水管路的水中加入硅树脂，其与水的质量之比为1∶9。
在水中加入添加剂是为了减小冰晶粒子对管壁的附着力，有利于防止冰浆生成器内冰堵的发生；增加液相流体的导热率；减少流体的粘性；减少冰腐蚀性；防止冰晶粒子的再凝结。
过冷水处于一种亚稳定的状态，其过冷的消除是生成冰晶粒子的关键环节。当过冷水在过冷却出口达到最大过冷度时采取一些必要的措施可以迅速地消除过冷水的过冷状态，并使冰晶瞬间大师出现。消除过冷的方式是：
所述的过冷消除装置采用过冷却水与挡板或容器壁进行激烈冲击的方式，或者采用两股过冷却水激烈冲击的方式。
以上是对本发明进行的示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制冰系统的快速动态制冰方法，所述的制冰系统包括过冷却器、过冷消除装置、蓄冰槽；
其特征在于：
水从蓄冰容器中抽出，此时，水的温度≥0℃，经过过冷却器与冷媒换热后成为温度低于0℃的过冷水；
过冷水经过过冷消除装置后，成为冰水混合物，进入蓄冰容器，在蓄冰容器中冰与水分离；
分离出来的冰蓄存在蓄冰容器中，分离出来的水继续在制冰系统中循环。
2.按照权利要求1所述的快速动态制冰方法，其特征在于：所述的过冷却器包括过冷水管路和二次冷媒管路；所述的二次冷媒为18.5～19.8％乙二醇水溶液。
3.按照权利要求2所述的快速动态制冰方法，其特征在于：所述的过冷水管路和二次冷媒管路为套管式结构，所述的过冷水管路为内管，其规格为Φ15～Φ16mm；所述的二次冷媒管路为外管，其规格为Φ28～Φ29mm。
4.按照权利要求3所述的快速动态制冰方法，其特征在于：所述的冷水管路和二次冷媒管路为逆向流动，其流动速度分别为：冷水管路：1～1.1m/s；二次冷媒管路：1.9～2.1m/s。
5.按照权利要求2所述的快速动态制冰方法，其特征在于：在所述的过冷水管路内设有扰动装置，所述的扰动装置设有弯曲的钢丝。
6.按照权利要求2所述的快速动态制冰方法，其特征在于：所述的过冷水管路的内壁设有纳米氟碳涂层。
7.按照权利要求2所述的快速动态制冰方法，其特征在于：在所述的过冷水管路的水中加入硅树脂，其与水的质量之比为1∶9。
8.按照权利要求1所述的快速动态制冰方法，其特征在于：所述的过冷消除装置采用过冷却水与挡板或容器壁进行激烈冲击的方式，或者采用两股过冷却水激烈冲击的方式。
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