CN107024048A - 可变蒸发面积流态冰制冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变蒸发面积的流态冰制冰系统，是一种高效率的可直接利用海水动态制冰的流态冰制冰系统。它至少包括但不限于制冷压缩机，流态冰冰晶器，蒸发器，冷凝器，油分离器，膨胀阀，制冷剂电磁阀，温度传感器，压力传感器，盐度传感器。本发明包括制冷循环系统、制冰循环系统、冷却循环系统等。制冷系统包括制冷压缩机油分离器、冷凝器、膨胀阀、流态冰冰晶器，制冰循环系统包括制冰循环泵、蒸发器、流态冰冰晶器、流态冰储冰罐等。在蒸发器与流态冰冰晶器的制冰循环管路中间连接温度传感器与盐度传感器。本发明解决了现有流态冰制冰系统从液态到制冰全过程存在的效率低下的问题。

Description

可变蒸发面积流态冰制冰系统

技术领域

本发明涉及一种可变蒸发面积的流态冰制冰系统，是一种高效率的可直接利用海水动态制取冰的流态冰制冰系统。

背景技术

目前，食品保质与保鲜的新方法不断涌现，由于冰的潜热大，携带方便等特点，冰仍然是食品保鲜最常用的也是非常有效的办法。

如今，固体冰(如薄片冰、壳状冰、块冰(碎冰)、平板冰和管冰等)制造技术仍处于主导地位，其制冰原理为降低液态水的温度使水发生相变而直接冻结成固体冰。固体冰制冰机制造工艺简单，制冰原料随处可取，因而得到了广泛的应用。但固体冰在保鲜中的应用越来越表现出其不利的一面，例如无法实现与被保鲜物体的全方位接触，被保鲜物体易于氧化变质。从目前市场上通用的固体冰制冰设备来看，其制冰介质要么采用淡水，要么采用经过海水淡化装置处理过的海水。采用淡水直接制冰对于某些淡水资源紧张的地区或者需要远洋航行的船舶而言形成了一个巨大的障碍；而采用经过海水淡化装置处理过的海水作为制冰介质，将会有很大一部分能源用于淡化海水。若能直接利用海水制冰，则可突破制冰介质的障碍，从而为制冰行业带来良好的发展契机！固体冰制冰机的效率很低，通过很低的蒸发温度使水或者制冰溶液凝结而形成冰。而流态冰制冰机可以直接利用海水制冰，使海水过冷，在海水中就可形成球状微粒冰晶，悬浮于海水中而形成流态冰。相较于固体冰制冰机，流态冰制冰机的蒸发温度高，可以提高系统的效率，节约能源。

在现有的流态冰制冰设备中，存在能源利用率低的情况。一般而言，固体的导热系数大于液体导热系数(例如，冰的导热系数为2.22W/(m·K)，而水的导热系数在20℃时仅为0.599W/(m·K))。在制冰过程的初始阶段，流态冰冰晶器中的为单相的制冰溶液，冰晶器的璧面换热系数较小；而在制冰阶段，流态冰冰晶器中为冰与制冰溶液的混合物，此时冰晶器的璧面处换热系数较大。在设计过程中，流态冰制冰系统是按照制冰阶段的工况选定参数的，因此在制冰过程的初始阶段就存在“大马拉小车”的现象，造成了制冷系统效率低、制冷速度慢的现象，使得整个制冷系统配置不合理。本发明的技术方案解决了现有流态冰制冰系统从液态到制冰全过程普遍存在的效率低下的问题。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种高效率的可直接利用海水动态制取冰的流态冰制冰系统。本发明所采取的技术方案是：一种可变蒸发面积的流态冰制冰系统，它至少包括但不限于一台制冷压缩机，一台流态冰冰晶器，一台蒸发器，一台冷凝器，一个油分离器，一个膨胀阀，一个制冷剂电磁阀，一个温度传感器，一个压力传感器，一个盐度传感器。

本发明的所有部件组成三套循环系统，所述的三套循环系统分别为制冷循环系统、制冰循环系统、冷却循环系统。

所述的制冷循环系统布置形式如下：制冷剂管路依次连接制冷压缩机、油分离器、冷凝器、膨胀阀、流态冰冰晶器。在所述的膨胀阀两端并联制冷剂阀门。所述的蒸发器与所述的制冷剂电磁阀串联，两者作为一个整体并联在所述的流态冰冰晶器两端。在所述的制冷压缩机的吸气口段连接所述的压力传感器。

所述的制冰循环系统布置如下。制冰循环管路依次连接制冰循环泵、蒸发器、流态冰冰晶器、流态冰储冰罐，并形成封闭的回路。在蒸发器与流态冰冰晶器的制冰循环管路中间连接温度传感器与盐度传感器，盐度传感器靠近流态冰冰晶器的进口侧，温度传感器靠近蒸发器的出口侧。

所述的冷却循环系统包括所述的冷凝器以及其他附件。

本发明与现有的流态冰制冰系统相比，具有以下优点：

1、本发明可以实现蒸发面积可调，与流态冰冰晶器配合，实现流态冰制冰系统的高效运行；

2、本发明可实现双工况运行，既可做冷水机组使用，又可作为流态冰制冰系统使用；

3、本发明在不改变压缩机工作容积的前提下优化了流态冰制冰系统，实现了压缩机全工况的高效率运行，相较于采用变频压缩机而改善制冰系统性能的布置形式可节约生产成本；

4、本发明突破了传统意义上的流态冰制冰系统采用一机(压缩机)一器(蒸发器)的布置形式，实现了非单一蒸发器的运行模式；

5、本发明与传统的固体冰制冰机相比可以节能20％以上；

6、本发明与所占用的空间相较于传统的固体冰制冰机而言，仅为其1/3到1/2之间，可节省占地面积；

7、本发明可使压缩机在较大范围内实现全工况的大负荷运行，与采用相同压缩机的流态冰制冰系统相比可在相同时间内获得更多的流态冰或者可以在更短的时间内得到流态冰。

附图说明

图1是可变蒸发面积的流态冰制冰系统原理图；

图2是本发明的流态冰制冰系统原理图；

其中，1、冷凝器； 2、油分离器；

3、制冷压缩机； 4、压力传感器；

5、蒸发器； 6、制冷剂电磁阀；

7、流态冰冰晶器； 8、膨胀阀；

9、制冷剂阀门； 10、膨胀阀感温包；

11、冷凝器进气口； 12、油分离器出气口；

13、油分离器进气口； 14、制冷压缩机出气口；

15、制冷压缩机进气口； 16、制冷剂管路汇合点；

17、蒸发器制冷剂出气口； 18、蒸发器制冷剂进气口；

19、流态冰冰晶器制冷剂出气口； 20、流态冰冰晶器制冷剂出气口；

21、制冷剂管路分节点； 22、冷凝器出气口；

31、温度传感器； 32、流态冰储冰罐；

33、盐度传感器； 34、制冰循环泵。

具体实施方式

以下优选实施例的说明仅仅是在特性上进行例示，并不意味着限制本发明，以及限制本发明的应用。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明包含三个部分，第一部分为制冷循环系统，其布置形式如图1——可变蒸发面积的流态冰制冰系统原理图所示；第二部分为制冰循环系统；第三部分为冷却水循环系统。

如图1——可变蒸发面积的流态冰制冰系统原理图所示，制冷压缩机(3)压缩制冷剂后形成高温高压制冷剂气体，通过制冷压缩机出气口(14)进入油分离器(2)，在油分离器中(2)中压缩机油与制冷剂分离，分离后的制冷剂气体通过油分离器出气口(12)经冷凝器进气口(11)进入冷凝器(1)中，在冷凝器(1)中，高温高压制冷剂经冷却形成低温高压制冷剂液体，并通过冷凝器出气口(22)进入膨胀阀(8)中，通过膨胀阀(8)的节流，低温高压制冷剂液体形成低温低压气液两相混合制冷剂。在膨胀阀的两端并联着制冷剂阀门(9)。节流后的低温低压气液两相混合制冷剂经过制冷剂管路分节点(21)后分成两个支路，其中一个支路经过流态冰冰晶器进气口(19)进入流态冰冰晶器(7)。另外一个支路经过制冷剂管路分节点(21)后经制冷剂电磁阀(6)进入蒸发器(5)，与另外一支路的制冷剂汇合于制冷剂管路汇合点(16)处。制冷剂分别在蒸发器(5)与流态冰冰晶器(7)中蒸发吸热后形成高温低压制冷剂气体，两个支路的制冷剂汇合后通过制冷压缩机进气口(15)进入制冷压缩机(3)，制冷压缩机(3)再次将高温低压制冷剂气体压缩成高温高压制冷剂气体，从而形成制冷循环系统。膨胀阀(8)控制系统的蒸发压力，其形式包括热力膨胀阀，电子膨胀阀，毛细管等，本发明包括这几种形式但不限于此。制冷剂阀门(9)的作用是配合膨胀阀(8)，保证系统的蒸发压力可调，制冷剂阀门(9)可以采用电磁阀，热气旁通阀，手动阀门等多种形式，均包括于本发明中，但又不限于此。

冷却水循环系统中包括冷凝器(1)，冷凝器包括空气冷却式冷凝器，亦包括但不限于水冷式冷凝器。

制冰循环系统包括蒸发器(5)、流态冰冰晶器(7)、制冰循环泵(34)、盐度传感器(33)、流态冰储冰罐(32)。流态冰储冰罐(32)中储存制冰溶液与形成的流态冰。制冰溶液从流态冰储冰罐(32)的出口被制冰循环泵(34)抽出并泵送至蒸发器(5)，蒸发器(5)与流态冰冰晶器(7)串联，在蒸发器(5)与流态冰冰晶器(7)的连接管路中间有温度传感器(31)、盐度传感器(33)温度传感器(31)靠近蒸发器(5)的出口侧，盐度传感器(33)靠近流态冰冰晶器(7)的进口侧，制冰溶液经过流态冰冰晶器(7)后进入流态冰储冰罐(32)中，储存于流态冰储冰罐(32)中的制冰溶液不断的降温，当达到一定温度后，溶液中的水便会结晶析出形成球状微粒冰晶，悬浮于制冰溶液中而形成流态冰。流态冰冰晶器包括刮片式冰晶器、流化床式冰晶器、行星转杆式流态冰冰晶器等，本发明包括各种不同形式的流态冰冰晶器但又不限于此。蒸发器本质上是一种换热器，其形式既可以是壳管式换热器，又可以是板式换热器，或是同轴套管式换热器，但又不限于此几种形式。本发明的制冰循环系统布置形式如图2——流态冰制冰系统原理图所示。

本发明的工作原理是：在制冰的初始阶段，制冰循环溶液温度较高，温度传感器(31)可以检测蒸发器(5)出口处的制冰循环溶液温度并给出信号，当蒸发器(5)出口温度为2℃时制冷剂电磁阀(6)打开，经过膨胀阀(8)节流的低温高压制冷剂可以进入蒸发器(5)吸热。同时，制冷剂也可进入流态冰冰晶器(7)中。在制冰的初始阶段，流态冰制冰系统的蒸发面积包括流态冰冰晶器(7)的内壁面与蒸发器(5)的内部换热面，蒸发面积最大，从而可以更为快速的吸取流态冰制冰溶液的热量，从而实现制冰溶液的快速降温。在此过程中，随着制冰溶液温度的降低，制冷系统的蒸发温度也有所下降，压力传感器(4)检测制冷压缩机(3)前端的吸气压力。制冷剂电磁阀的开启也可通过压力传感器(4)的控制信号，当压力传感器(4)检测到的压力高于设定值时，给出控制信号使制冷剂电磁阀(6)打开，从而使蒸发面积增加。当温度传感器(31)检测到蒸发器(5)出口处的制冰溶液温度介于-1～-5℃时，温度传感器(31)便可发出控制信号，关闭制冷剂电磁阀(6)，切断制冷剂进入蒸发器(5)的管路，减少制冰系统的蒸发面积，此时便进入了制冰阶段。此时压力传感器(4)也会检测到制冷压缩机(3)前端的吸气压力低于设定值，从而给出控制信号，使制冷剂电磁阀(6)关闭。盐度传感器(33)检测进入流态冰冰晶器(7)的制冰溶液的盐度值，随着制冰过程的进行，制冰溶液的温度会不断降低，与此同时制冰溶液由于其中的水不断结晶析出，盐度会逐渐增高，制冰系统的蒸发温度也会逐渐降低。若膨胀阀(8)采用电子膨胀阀，则盐度传感器(33)仅检测制冰溶液的盐度，制冷剂阀门(9)保持一定的开度或关闭，蒸发温度通过电子膨胀阀的开度大小来调节；若膨胀阀(8)采用热力膨胀阀，则盐度传感器(33)检测到盐度信号的变化可以发出控制信号，控制制冷剂阀门(9)的开闭或开度大小，从而达到控制系统蒸发温度的目的。本发明的蒸发温度在0～-15℃之间可调。

本发明的双工况流态冰制冰系统，既可在制冰循环溶液温度高的时候作为冷水机组使用，又可在制冰循环溶液温度低的时候作流态冰制冰机组使用，可以实现一机双用、蒸发面积可调，在不改变压缩机工作容积的情况下实现了压缩机在较大范围内大负荷高效运行，优化了流态冰制冰系统。

上述实施例为本发明的优选实施例，但本发明的实施形式并不局限于此实施例，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效的置换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变蒸发面积流态冰制冰系统，其特征在于它包括制冷压缩机(3)、油分离器(2)、冷凝器(1)、膨胀阀(8)、蒸发器(5)、制冷剂电磁阀(6)、温度传感器(31)、流态冰冰晶器(7)压力传感器(4)、盐度传感器(33)；制冷剂管路依次将制冷压缩机(3)、冷凝器(1)、膨胀阀(8)、流态冰冰晶器(7)连接成封闭回路，在蒸发器(5)的入口端串联制冷剂电磁阀(6)，并将两者作为整体并联在流态冰冰晶器(7)两端，在膨胀阀(8)的两端并联制冷剂阀门(9)。

2.根据权利要求1，所述的可变蒸发面积流态冰制冰系统所采用的膨胀阀(8)包括热力膨胀阀、毛细管、电子膨胀阀等多种形式，目的是控制制冰系统的蒸发温度。

3.根据权利要求1，并联在膨胀阀(8)两端的制冷剂阀门(9)可以是电磁阀、热气旁通阀、手动截止阀等多种形式，目的是配合膨胀阀(8)调节制冰系统的蒸发温度，保持制冰系统的高效运行。

4.根据权利要求1，冷凝器的形式可以采用空气冷却式冷凝器，水冷式冷凝器，蒸发冷式冷凝器等，但不限于此几种形式。

5.根据权利要求1，制冷压缩机(3)可采用涡旋式压缩机，活塞式压缩机，转子压缩机，螺杆式压缩机，离心式压缩机等多种形式的制冷压缩机，但不限于所列举的几种形式。

6.根据权利要求1，蒸发器可以选用板式换热器，管壳式换热器等几种类型，但不限于此几种类型。