CN107120883A - 一种可提高蒸发器效率的海水流化冰设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，包括：压缩机，其用于将冷凝剂压缩成冷凝剂蒸汽；冷凝器，其与所述压缩机连接，所述冷凝器内设置有冷却介质，冷凝剂蒸汽经过所述冷凝器后形成液态的冷凝剂；制冰模块，其与所述冷凝器连接，所述制冰模块与海水连通，并且所述海水经过液态的冷凝剂冷却后形成流化冰。本发明的有益效果为：提供了一种可以提高蒸发器效率的海水流化冰设备，该设备能够提高单位换热量，使得海水充分得到冷凝，并且还具有体积小，换热效率高的优点。

Description

一种可提高蒸发器效率的海水流化冰设备

技术领域

本发明属于水产保鲜设备技术领域，涉及一种可提高蒸发器 效率的海水流化冰设备。

背景技术

海水产品的肌肉组织脆弱、含水量高、自溶速度快，比一般 的动物性肉组织更易腐败。在食品保鲜中，温度是最重要的影响 因素，因此主流的海水产品保鲜方式为低温保鲜，但现有的、应 用较为广泛的水产品低温保鲜技术(如冷藏、冷海水、冰温、冻 结等)均存在着一定的缺陷，主要问题集中在：对海水产品组织 细胞的破坏、对保鲜温度的控制性差等方面。

流化冰技术是一种含有大量悬浮冰晶粒子的固液两相溶液， 其冰晶粒子直径一般不超过1.0mm(最新获得的流化冰直径为 20.0um)，传热效率高、流动性强，可以利用泵输送，是近几年国 际上兴起了一种新型蓄冷技术，但目前主要应用集中在建筑的冰 蓄冷空调、矿井降温等领域。

流化冰的颗粒圆润，没有棱角，不会破坏水产品表面，且直 径细小，能够进入微小孔径，将水产品完全包裹，起到良好的密 封效果，同时大量冰晶颗粒聚集在一起，可达到很高的冰表面积 比，传热效率提高、冷却水产品速度快。

制取流化冰的方式多样，如公告号CN102183109A，公告日为 2011年9月14日的中国发明专利就公开了一种制取颗粒冰的方 法及其装置，但该专利是将载冷气流直接喷入流化床中，同时通 过雾化喷嘴向流化床中喷入雾化水滴，雾化水滴被低温气流冷却 而冻结成颗粒冰，即在制冰过程冷凝剂与流化冰直接接触，该方 法可以用于建筑空调、矿井降温等工业领域，但在海水产品保鲜 领域，由于制得的流化冰与海水产品直接接触，流化冰不能含有 非食品级的物质，因此该方法不能适用。

又如公告CN102538331A，公告日为2012年7月4日的中国 发明专利公开了一种从真空法流态冰制取室中取出流态冰方法与 装置，无需从制冰系统中输出冰浆后的周期性地抽真空过程，但 该方法仅适用于自来水等单一物质，当制取海水流化冰时，由于 海水浓度的变化，该装置不能适用。

目前利用流化冰对海水产品进行保鲜的研究尚不成熟，例如 公告号CN201589481U，公告日为2010年9月22日的中国实用新 型专利就公开了一种利用海水制取流化冰的系统，其中换热器制 取流化冰之后，通过流化冰泵送入储冰罐中，海水与冰晶的混合 物经过储冰罐中的过滤网过滤后，海水从海水出口截止阀排入海 中。

但是，由于使用的换热器换热效率不高，换热量小，在同样 的换热量下设备庞大。若对换热器进行研究改进，使其换热效率 成倍增长，则设备的整体热效率及总体积均得到优化。因此，需 要一种适用于远洋渔船捕捞作业、换热效率高、体积小的海水流 化冰系统亟待开发。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种 可提高蒸发器效率的海水流化冰设备。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可提高蒸发 器效率的海水流化冰设备，包括：

压缩机，其用于将冷凝剂压缩成冷凝剂蒸汽；

冷凝器，其与所述压缩机连接，所述冷凝器内设置有冷却介 质，冷凝剂蒸汽经过所述冷凝器后形成液态的冷凝剂；

制冰模块，其与所述冷凝器连接，所述制冰模块与海水连通， 并且所述海水经过液态的冷凝剂冷却后形成流化冰。

较佳的，还包括海水净化模块，所述海水净化模块与所述制 冰模块连接，用于过滤海水并输送至所述制冰模块内。

较佳的，所述制冷模块为换热器，所述换热器包括制冰桶以 及制冷管，所述制冷管为半圆铜管且其与所述制冰桶的外壁紧密 贴合，所述制冰桶与所述海水净化模块连接，所述制冷管用于接 收冷凝剂。

较佳的，所述制冷管内设置有纳米颗粒，所述纳米颗粒用于 强化冷凝剂的内部能量传递。

较佳的，所述制冷管内设置有泡沫金属，所述泡沫金属用于 增强冷凝剂与海水的热交换效率。

较佳的，还包括与所述换热器连接的保温蓄冰槽，所述换热 器制得的流化冰输送至所述保温蓄冰槽内保存。

较佳的，所述制冰桶的内壁上设置有扰流板，所述扰流板用 于使冷热流体发生直接热交换。

较佳的，所述冷凝器与所述换热器之间设置有贮液器、干燥 器以及膨胀阀，所述冷凝器处理后形成的液态冷凝剂依次通过所 述贮液器、所述干燥器以及所述膨胀阀进入所述制冷管中。

较佳的，所述压缩机与所述冷凝器之间设置有油分离器。

较佳的，还包括数据采样器，所述数据采样器上连接有热电 偶，所述热电偶设置在所述保温蓄冰槽内用于测量流化冰的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、提供了一种可以提高蒸发器效率的海水流化冰设备，该设 备能够提高单位换热量，使得海水充分得到冷凝，并且还具有体 积小，换热效率高的优点。

2、海水净化模块能够净化海水，防止从海中直接抽取的海水 杂质过多而损坏设备，并且经过过滤的海水制成的流化冰较好。

3、制冷管结构为半圆管道，这样能够增大它的换热效率，半 圆管道耗材少，所占空间小，可以缩小制冰桶的体积，半圆管道 外有更多空间用于填充绝热材料，减少冷凝剂与外界热量的交换， 极大增强了制冰筒与制冷管之间的换热面积，使冷凝剂充分与桶 壁接触，迅速带走海水热量促进海水结冰。

4、加入的纳米颗粒使得粒子之间的能量传递增强，而且温度 的升高促进基液中纳米颗粒的布朗运动更加强烈，粒子间碰撞的 机率变大了，能量传递也随之增加，从而促进纳米颗粒导热能力 的提高，简单来说，就是提高了蒸发器的效率。

5、泡沫金属的几何结构对冷凝剂沸腾换热特性的影响很大。 对于相同孔隙率的泡沫金属，随着孔径的减小，一方面，泡沫金 属的比表面积逐渐增大，进而对换热起增强作用；另一方面，泡 沫金属对气泡生长过程的抑制作用也逐渐增强，进而对换热起了 很大的作用。

附图说明

图1为本发明的海水流化冰设备的结构示意图；

图2为本发明的换热器的结构示意图；

图3为本发明的制冷管的结构示意图。

图4a为本发明的填充5PPI泡沫金属铜50mm测试截面的流动 沸腾换热系数折线图；

图4b为本发明的填充5PPI泡沫金属铜100mm测试截面的流 动沸腾换热系数折线图；

图4c为本发明的填充5PPI泡沫金属铜150mm测试截面的流 动沸腾换热系数折线图；

图4d为本发明的填充10PPI泡沫金属铜50mm测试截面的流 动沸腾换热系数折线图；

图4e为本发明的填充10PPI泡沫金属铜100mm测试截面的流 动沸腾换热系数折线图；

图4f为本发明的填充10PPI泡沫金属铜150mm测试截面的流 动沸腾换热系数折线图；

图5a为本发明的不同泡沫金属结构对EFMF的影响数据图；

图5b为本发明的不同泡沫金属结构对EFMF的影响数据图；

图5c为本发明的不同泡沫金属结构对EFMF的影响数据图；

图5d为本发明的不同泡沫金属结构对EFMF的影响数据图；

图5e为本发明的不同泡沫金属结构对EFMF的影响数据图；

图5f为本发明的不同泡沫金属结构对EFMF的影响数据图；

图6a为本发明的两种制冷剂传热系数的对比图；

图6b为本发明的纳米流体浓度与换热性能的关系的对比图。

图中，100、压缩机；110、油分离器；200、冷凝器；210、 贮液器；300、干燥器；400、膨胀阀；500、换热器；510、制冰 桶；511、扰流板；520、制冷管；521、泡沫金属；600、海水净 化模块；700、保温蓄冰槽；800、数据采样器；810、热电偶。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方 案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2、图3所示，一种可提高蒸发器效率的海水流化 冰设备，包括：压缩机100、冷凝器200以及制冰模块，从而将 海水制成流化冰。

在海水流化冰设备的制冷系统中，低温低压的冷凝剂首先经 过压缩机100压缩，形成高温高压的冷凝剂蒸汽，排入冷凝器200， 由于冷凝器200内通入常温海水冷却介质，冷凝剂热量传给冷却 介质，此时冷凝剂由于放出热量由气体冷凝为液体，经过节流降 压、降温后进入制冰模块中，并吸收通入制冰模块的海水的热量， 冷凝剂被汽化，吸入压缩机100内，至此完成一个制冷循环。

其中，压缩机100其用于将低温低压的冷凝剂压缩成高温高 压的冷凝剂蒸汽。

冷凝器200与所述压缩机100连接，所述冷凝器200内设置 有冷却介质，高温高压的冷凝剂蒸汽经过所述冷凝器200后形成 液态的冷凝剂；进一步的说，就是高温高压的冷凝剂，遇到温度 较低的介质时，其热量被传递到冷却介质上，从而由气态冷凝成 液体，实现从高温变低温的过程。

制冰模块是比较核心的部件，能够将海水冷却成流化冰，制 冰模块与所述冷凝器200连接，所述制冰模块与海水连通，并且 所述海水经过低温低压的冷凝剂冷却后形成流化冰；其具体工作 原理为：实用低温的液态冷凝剂与海水进行热交换，使海水降温 形成流化冰。

此处还值得指出的是，蒸发器实际上就是制冰模块中的管路 部分，确切的说，就是冷凝剂的管道；提高蒸发器效率就是提高 冷凝剂管道的热交换效率，并且该设备能够提高单位换热量，使 得海水充分得到冷凝，并且还具有体积小，换热效率高的优点； 并且体积小，适用于远洋渔船捕捞。

如图1所示，在上述实施方式的基础上，还包括海水净化模 块600，所述海水净化模块600与所述制冰模块连接，用于过滤 海水并输送至所述制冰模块内，海水净化模块600能够净化海水， 防止从海中直接抽取的海水杂质过多而损坏设备，并且经过过滤 的海水制成的流化冰较好。

如图1、图2所示，在上述实施方式的基础上，所述制冷模 块为换热器500，所述换热器500包括制冰桶510以及制冷管520， 所述制冷管520为半圆铜管且其与所述制冰桶510的外壁紧密贴 合，所述制冰桶510与所述海水净化模块600连接，所述制冷管 520用于接收冷凝剂。

并且制冷管520外还可以覆盖保温层，从而避免冷量流失， 进一步的说，就是能够防止外界的热量与冷凝剂交换。

换热器500是影响换热效率的重要部件，换热效率低是目前 流化冰制备时的常见问题，制冰机长期运行时换热器500换热量 小，热损失严重，能源消耗大，因此需要一种高效的，大换热量 的换热器500迫在眉睫，本实施例中的换热器500优选为夹套式 换热器500或者套筒式换热器500。

现有的制冷管520均为圆形管道，是一种常用的换热设备， 其结构简单、制造、安装、清洗和维修方便，又特别适用于高压 流体的冷却/冷凝，所以现代仍是市场的主力。在流化冰制取设备 中圆形管道环绕在制冰桶510外侧，圆形管道中通有冷凝剂。

通过管壁与圆形管道的接触，海水中的热量被冷凝剂蒸发吸 热所带走。海水和冷凝剂之间的传热以自然对流方式进行，所以 传热系数低，并且圆形管道与制冰桶510的接触面积很小，将其 展开发现，其接触面可近似看为一条直线。

而本实施方式中的制冷管520，其结构为半圆管道，这样能 够增大它的换热效率，半圆管道耗材少，所占空间小，可以缩小 制冰桶510的体积，半圆管道外有更多空间用于填充绝热材料， 减少冷凝剂与外界热量的交换，极大增强了制冰筒与制冷管520 之间的换热面积，使冷凝剂充分与桶壁接触，迅速带走海水热量 促进海水结冰。

对比光滑圆管与半圆铜管的对比计算中，设蒸发压力为 995.0kpa，质量密度10.0-30.0kg/(cm2·s)，热流密度 3.1-9.3kW/m2，入口干度为0.2-0.8。圆铜管的直径为d、长度为 L、面积用A1表示。半圆管的直径为d、长度为L、面积用A2表 示。

圆铜管在与管壁接触的过程中，接触的实际面积为 A3＝0.1A1。已知：铜的导热系数

λ1＝400.0W/(m·k)；铁的导热系数λ2＝80.0W/(m·k)；空 气的换热系数h2＝5.0W/(m2·k)；圆管纯制冷剂的沸腾换热系数 h1；半圆管纯制冷剂的沸腾换热系数h2；海水的换热系数为 h3＝4000W/(m2·k)；Φ1为圆管与壁面间的换热量；Φ2为半圆 管与壁面间的换热量；t1为海水温度：20.0℃；t2为制冷剂温度： -20.0℃。

q₁＝5W/m² q₂＝6.1W/m²

t_w＝-15℃ t_sat＝-35℃

通过对比计算发现，相对于圆形管道的换热量，半圆形管道 的换热量为圆形管道的1.5倍。在此基础上，辅以章节1.2，2.3 中的研究成果，即：在管道中添加10PPI的泡沫金属可以使换热 系数达到最大；添加纳米流体可以起到强化换热的效果，且随纳 米流体浓度的增大，换热效果越好，若是在泡沫金属管道中，这 种强化效果会更为显著，热量增大了180％，换热效率提高了200％。

关于换热器的换热模型，假设平壁面积为A，一侧为温度的 热流体，一侧为温度的冷流体，两侧表面传热系数h₁，h₂，壁的 导热系数为λ₁，厚度为δ₁，若在平壁上加上铜管，厚度为δ₂，导热 系数为λ₂，求传热量之比。

壁面温度为t_w1和t_w2：

稳态情况下，三式热流密度q相等

整理

φ₁＝qA＝k₁(t_f1-t_f2)

若加上铜管

φ₂＝k₂A(t_f1-t_f2)

即k₂＜＜k₁

φ₁＞＞φ₂

由此可知夹套式换热器的换热量要远大于套筒式换热器的换 热量。

夹套式换热器的壁面相较于光滑圆管来说较为粗糙而粗糙的 壁面有利于增加近壁区流体的湍流度，减小层流底层的厚度。当 粗糙元的高度超过层流底层的厚度时，增加对流传热效果更为明 显，由于层流底层的厚度很薄，仅3.0mm左右，各种砂粒型的粗 糙表面就能起作用。如果用机械加工成各种形状和尺寸不相同沟 槽使固体表面粗糙化，效果将会更好。

如图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述制冷管 520内设置有纳米颗粒，所述纳米颗粒用于强化冷凝剂的内部能 量传递。

在流化冰制备过程中，换热器500设备起到至关重要的作用， 其性能好坏、换热量大小、制造工艺及生产成本均对整套设备的 使用影响重大。海水溶液结晶是一种常见的相变现象，在结晶的 过程中如何提高制冰筒的换热量及换热效率有着重要意义。

如：提高换热器500的换热效率可以减小实际能源消耗。而 在流化冰制备过程中通过改变换热器500种类、优化换热器500 管型以及在换热器500中添加泡沫金属铜介质和纳米金属颗粒均 可提高换热器500的换热量和热效率。

纳米颗粒是将金属或非金属纳米颗粒分散到传统换热介质中 (主要包括水、醇、油等介质)，形成均一稳定并具有较高导热性 能的新型换热工质。

1995年，美国Argonne国家实验室的Choi首次提出“纳米 流体”的概念，相对于液体的导热系数，固体颗粒的导热系数大 的多，因此添加了纳米颗粒的工质的导热系数和对流换热性能会 显著的提高。

纳米颗粒在冷凝剂管道中发生相变，实现了对热量的传输。 关于纳米流体的沸腾传热机制，传热增强效应是指将纳米颗粒添 加在液体中，可以强化液体内部的能量传递，从而强化纳米颗粒 的沸腾换热性能。

一般纳米颗粒比传统导热流体导热系数高，是由于加入的纳 米颗粒使得粒子之间的能量传递增强，而且温度的升高促进基液 中纳米颗粒的布朗运动更加强烈，粒子间碰撞的机率变大了，能 量传递也随之增加，从而促进纳米颗粒导热能力的提高；另外， 纳米颗粒的热导率比水高，这也提高了纳米流体的导热性能。

如图6a所示，两种制冷剂在热流密度均为15.0kW/m2时的传 热系数与流量的关系。二者的传热系数都随着流量的增加而变大， 在95.7～191.5kg/m2·k的低质量流速下，二者的传热系数相当， 纳米制冷剂传热系数仅略大于纯制冷剂，但在质量流速较大的287.2～382.9kg/m2·k范围内，纳米制冷剂的传热系数逐渐低于 纯制冷剂，且随着质量流速增大，这个差距增大纳米颗粒悬浮液 有效导热系数较基液有了很大的提高，颗粒的加入减小了液体的 表面张力，减少了沸腾过热度，从而使液体内部换热过程强化。 纳米颗粒的加入将会减小液体表面张力，从而减小了沸腾过热度， 强化了沸腾换热系数。

如图6b所示，表示纳米流体浓度与换热性能的关系。当纳米 流体体积分数由0.1％增加到1.0％时，与普通基液的换热性能相比 平均增加幅度为18.9％、24.4％和28.3％。由于随填充比增加，纳 米流体与泡沫金属区域的比表面积增加，在孔隙率一定的条件下， 泡沫金属填充比的增大使得流固之间的换热得到强化。并且，随 纳米粒子体积浓度的增大，纳米流体热导率提高的同时比热容减 小，总体上提高了热扩散率，纳米粒子布朗运动增强，在泡沫金 属区域内流体的扰动性随之增大，使流体在泡沫金属区域内换热强度及换热速率增大，导热性能增加。

如图1、图2、图3所示，在上述实施方式的基础上，所述制 冷管520内设置有泡沫金属521，所述泡沫金属521用于增强冷 凝剂与海水的热交换效率。

泡沫金属521可以优选为泡沫金属铜，此处值得指出的是， 在制冷管520填充10ppi的泡沫金属铜的效果最佳。

在测试泡沫金属铜对换热特性的影响过程中，测试对象为两 根填充泡沫铜的铜管，其结构布局的示意图如图1所示。铜管内 23.4mm，壁厚1.0mm，填充泡沫铜的部分长200.0mm；内嵌的泡沫 铜分别为5PPI，90％孔隙率和10PPI，90％孔隙率；管内壁与泡沫 铜之间有一薄层铜基非晶焊料，以尽量降低两者之间的接触热阻； 铜管外绕有电加热带，用于提供实验过程中测试段所需热量；电 加热带外依次绕有玻璃棉、橡胶和隔气带，以实现与环境的绝热； 用于测量壁温的热电偶布置于测试段的50.0mm、100.0m和 150.0mm三个截面，每个截面分别布置上、中、下三个热电偶。

实验用的制冷剂为R410A，润滑油为VG68。实验工况为蒸发 压力995.0kPa，质流密度为10.0～30.0kg/m2·k，热流密度为 3.1～9.3kW/m2，入口干度0.2～0.8，油浓度为0～5.0％。

如图4a、4b、4c、4d、4e、4f中可以看出,给出了填充5PPI 泡沫铜、填充10PPI泡沫铜测试段内，制冷剂润滑油混合物的流 动沸腾换热系数随干度及质流密度的变化的规律。

可以看出，对于每一个测试段的任一质流密度和润滑油浓度， 流动沸腾换热系数均随干度的增加而降低；对于填充泡沫金属的 圆管测试段，同一质流密度和干度下，流动沸腾换热系数随润滑 油浓度的增加而降低。这主要是由于润滑油对管内流动沸腾的两 个主要作用共同影响的：①润滑油的存在增加了液相制冷剂的粘 度和表面张力，会增加气泡的脱离直径和脱离频率，会恶化液相 制冷剂的核态沸腾换热，尤其是在泡沫金属内的核态沸腾换热， 进而恶化流动沸腾换热。②润滑油的存在增加了液相的表面张力， 会增大液相与固体壁面的接触面积，进而强化流动沸腾换热。对 于管内填充泡沫金属的情况，第一个作用起主导地位，换热系数 随润滑油浓度的增加而降低。

如图5a、5b、5c、5d、5e、5f中可以得知，为定量评估泡沫 金属结构对流动沸腾换热特性的影响，将填充泡沫金属的换热管 内制冷剂-油混合物的流动沸腾换热系数(hMF，tp，r，o)与相同 工况下光管内的换热系数(hsmooth，tp，r，o)之[9-11]比，定义 为泡沫金属影响因子EFMFEF_MF＝h_{MF，tF，r，o}/h_{scooth，tp，r，o}。

从中可以看出，对于纯制冷剂的工况，EFMF分别为1.3～ 1.9(5PPI)和1.8～2.9(10PPI)，说明两种泡沫金属均强化了其内 的制冷剂流动沸腾换热，且在高质流密度下的强化效果要高于低 质流密度[12]下。当制冷剂混入润滑油，EFMF均比相同工况下纯 制冷剂的EFMF小，说明两种泡沫金属强化制冷剂流动沸腾换热的 效果均有所减弱，对于5PPI的泡沫金属，在中低质流密度以及高 质流密度高干度下，EFMF部分工况都小于1.0，最低达0.7，说 明泡沫金属的存在会恶化含油制冷剂的流动沸腾换热；对于 10PPI的泡沫金属，在低质流密度下，EFMF全部工况均大于1.0， 最低为1.1，说明泡沫金属的存在强化含油制冷剂的流动沸腾换 热。造成恶化的主要原因是泡沫金属的存在使润滑油对制冷剂流 动沸腾的换热恶化作用更加明显，而这一作用对低PPI泡沫金属 以及低质流密度工况更为明显。相同工况下，10PPI的泡沫金属 的EFMF要大于5PPI的，EFMF提高了160％，主要原因是，更小的 孔径的泡沫金属其比表面积更大，带来更大的换热面积，从而促 进换热[13]；更小的孔径对流体的扰流和边界层的破坏作用更加 明显，从而促进换热。此外，还可以发现，对于任何一个质流密 度，含油工况下的EFMF相比纯工况下有所降低，且10PPI泡沫金 属的降低幅度要比5PPI的小，这主要是由于10PPI的泡沫金属孔 径更小，毛细作用更明显，相比5PPI增加了更多的润湿面积，从 而削弱了润滑油对换热的恶化作用。

在实际制冷系统中，换热器500内的循环流体为冷凝剂与润 滑油混合物。润滑油与液相冷凝剂之间具有良好的互溶性，但由 于两者之间物性的巨大差异，混入润滑油的流体密度、比热、粘 度和表面张力等物性变化很大，进而影响换热管内的换热特性。

已有研究表明，润滑油的存在可以强化冷凝剂在光滑铜管内 的流动沸腾换热性能，换热系数最多提高60％；但是润滑油对泡 沫金属521内的流动沸腾换热特性，可能与光滑铜管内的换热特 性存在很大的不同。

泡沫金属521的几何结构对冷凝剂沸腾换热特性的影响很大。 对于相同孔隙率的泡沫金属521，随着孔径的减小，一方面，泡 沫金属521的比表面积逐渐增大，进而对换热起增强作用；另一 方面，泡沫金属521对气泡生长过程的抑制作用也逐渐增强，进 而对换热起了很大的作用。

利用泡沫金属铜强化沸腾换热的特性，在冷凝剂管道内添加泡 沫金属521；在冷凝剂中添加纳米颗粒；将金属圆管改为半圆管 从而提高换热面积。这三种方式均能在一定程度上提高换热器 500的换热性能。

纯冷凝剂工况下，泡沫金属521的存在强化流动沸腾换热，换 热系数最多提高185％；含油工况下，在低质流密度下，泡沫金属 521的存在会恶化含油冷凝剂的换热，换热系数最多降低30％；相 同工况下，更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数，与5PPI的泡 沫金属521相比，10PPI的泡沫金属521可以使换热系数提高了 160％。

此外，将其与传统盘管式换热器500相结合，可更好地提高换 热器500的换热效果。在此基础上用夹套式换热器500替换板式 换热器500，换热量增大了180％，换热效率提高了200％。

如图1所示，在上述实施方式的基础上，还包括与所述换热 器500连接的保温蓄冰槽700，所述换热器500制得的流化冰输 送至所述保温蓄冰槽700内保存，这样能够很方便的获取流化冰， 还能够防止流化冰融化。

如图2所示，在上述实施方式的基础上，所述制冰桶510的 内壁上设置有扰流板511，所述扰流板511用于使冷热流体发生 直接热交换。

强化对流传热的机理是当流体经过扰流板511时，产生强度 不同，大小不等的旋涡，使附面层破坏，热阻大大减小，从而使 冷热流体直接发生热量交换，传热量就大为增加。

等到附面层再一次逐渐地增长和加厚，就再来一个扰流装置， 又一次地起破坏附面层的作用，整个对流传热就强化了。

在壁面上加装的扰流板511，如螺旋隔板，可以使流体的湍 流度增加，产生径向流动以加强冷热流体的混合，促进流体的温 度均匀，为此可以强化对流传热。

尤其是层流流动时，更易进入湍流状态，效果更为显著。由 于在流体内加装扰流装置，增加了传热面积，在管壁的辐射作用 下，使扰流板511也升温，加强了对流换热，收到额外的效果。

如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述冷凝器200与 所述换热器500之间设置有贮液器210、干燥器300以及膨胀阀 400，所述冷凝器200处理后形成的液态冷凝剂依次通过所述贮液 器210、所述干燥器300以及所述膨胀阀400进入所述制冷管520 中，这样能够使冷凝剂的效果更好。

其中，贮液器210用于储存液化的冷凝剂，干燥器300用于 吸收冷凝剂中的水分，膨胀阀400用于节流降压。

如图1所示，在上述实施方式的基础上，所述压缩机100与 所述冷凝器200之间设置有油分离器110。

如图1所示，在上述实施方式的基础上，还包括数据采样器 800，所述数据采样器800上连接有热电偶810，所述热电偶810 设置在所述保温蓄冰槽700内用于测量流化冰的温度，热电偶810 能够测量流化冰的温度，从而时刻进行监控，一旦温度有异常， 则可以以及进行通知，并且还能从流化冰的温度看出本设备的工 作情况。

还值得指出的是，换热面积由铜管的参数与制冰桶的规格通 过几何关系计算得出：Q＝AK(T_z-Δt)不同的材料导热系数不一样，相 同的材料采用的介质不同其换热系数也不同，相同的材料如采用 换热器的结构形式不同其值选取也不同冷凝剂的管道多采用铜 管，所以K＝400W/(m·K)由上式可以看出：在采用同一种材料且在海 水温度和制冷剂温度大致不变的情况下，换热面积是影响换热量 的主要原因。

通过上述研究发现，利用泡沫金属铜强化沸腾换热的特性， 在制冷剂管道内添加泡沫金属；在制冷剂中添加纳米颗粒；将金 属圆管改为半圆管从而提高换热面积。这三种方式均能在一定程 度上提高换热器的换热c性能。既：1)纯制冷剂工况下，泡沫 金属的存在强化流动沸腾换热，换热系数最多提高185％；2)含 油工况下，在低质流密度下，泡沫金属的存在会恶化含油制冷剂 的换热，换热系数最多降低30％；3)相同工况下，更小的孔径可 以提高流动沸腾换热系数，与5PPI的泡沫金属相比，10PPI的泡 沫金属可以使换热系数提高了160％。此外，将其与传统盘管式换 热器相结合，可更好地提高换热器的换热效果。在此基础上用夹 套式换热器替换板式换热器，换热量增大了180％，换热效率提高 了200％。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说 明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例 做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离 本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于，包括：

压缩机，其用于将冷凝剂压缩成冷凝剂蒸汽；

冷凝器，其与所述压缩机连接，所述冷凝器内设置有冷却介质，冷凝剂蒸汽经过所述冷凝器后形成液态的冷凝剂；

制冰模块，其与所述冷凝器连接，所述制冰模块与海水连通，并且所述海水经过液态的冷凝剂冷却后形成流化冰。

2.如权利要求1中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：还包括海水净化模块，所述海水净化模块与所述制冰模块连接，用于过滤海水并输送至所述制冰模块内。

3.如权利要求2中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：所述制冷模块为换热器，所述换热器包括制冰桶以及制冷管，所述制冷管为半圆铜管且其与所述制冰桶的外壁紧密贴合，所述制冰桶与所述海水净化模块连接，所述制冷管用于接收冷凝剂。

4.如权利要求3中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：所述制冷管内设置有纳米颗粒，所述纳米颗粒用于强化制冷剂的内部能量传递。

5.如权利要求4中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：所述制冷管内设置有泡沫金属，所述泡沫金属用于增强冷凝剂与海水的热交换效率。

6.如权利要求3中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：还包括与所述换热器连接的保温蓄冰槽，所述换热器制得的流化冰输送至所述保温蓄冰槽内保存。

7.如权利要求3或5中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：所述制冰桶的内壁上设置有扰流板，所述扰流板用于使冷热流体发生直接热交换。

8.如权利要求3中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：所述冷凝器与所述换热器之间设置有贮液器、干燥器以及膨胀阀，所述冷凝器处理后形成的液态冷凝剂依次通过所述贮液器、所述干燥器以及所述膨胀阀进入所述制冷管中。

9.如权利要求1中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：所述压缩机与所述冷凝器之间设置有油分离器。

10.如权利要求6中所述的可提高蒸发器效率的海水流化冰设备，其特征在于：还包括数据采样器，所述数据采样器上连接有热电偶，所述热电偶设置在所述保温蓄冰槽内用于测量流化冰的温度。