CN107328149A - 用于速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术 - Google Patents

用于速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术 Download PDF

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Abstract

用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，包括安装在换热器表面的传振板，传振板上安装的阵列式超声波换能器通过导线和一个分时间歇式控制器连接为一个换能器组，每个换能器组并联接入具有频率跟踪功能的超声波发生器，每个换能器组设有一个换能器防护罩；分时间歇式控制器对阵列式超声波换能器的加载方式为间歇式加载，利用阵列式超声波换能器，通过传振板将高频交变电流信号转换成高频振动信号，通过机械振动方式在霜层与阵列式超声波换能器表面界面处产生剪切应力，除去换热器表面结霜；本发明能在机组运行过程中对机组进行除霜，维持了食品加工时冷库及速冻柜内所需的超低温工况，提高了系统的稳定性。

Description

用于速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术
技术领域
本发明属于制冷与速冻技术领域，具体涉及用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术。
背景技术
近年来，在食品保鲜及速冻等领域，由于低温、高湿工况使冷库、速冻设备等换热器表面结霜。结霜增加了制冷剂与环境间的换热热阻，使冷库或速冻柜内很难维持低温工况，影响了食品的储藏与食物的保鲜，因此必须对换热器表面进行周期性除霜。
在冷库或速冻设备除霜过程中，常采用停机后以热氨融霜或水冲霜来除去换热器表面结霜，除霜完成后，残留在机组换热器上的液滴在机组恢复制冷后会迅速冻结，在换热器表面形成基础冰层，从而加速了换热器表面的二次结冰现象；此外，除霜过程中引起库内温度波动将影响食物品质，甚至造成食物变质损坏，而速冻柜除霜过程中必须对机组进行停机，待除霜完成后重新开始工作，降低了速冻设备的使用率，从而影响经济效益。
由于食品加工速冻及冷藏设备工作环境相对湿度较大，翅片表面霜层的形成及生长速度相应也较快，为保证机组的正常运行，迫切需要有效的在线除霜技术，从而减少除霜过程对食品品质的影响以及速冻设备的非计划停机，以提高机组的运行效率，从而减少不必要的经济损失。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，通过传振板将阵列式超声换能器的高频机械振动传递至翅片表面，在翅片与霜层界面处激发破碎与剥离两种界面应力，去除换热器表面结霜，维持换热器换热效率，提高系统的稳定性。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，包括安装在换热器表面1的一条以上的传振板5，每条传振板5上安装的阵列式超声波换能器4通过导线7和一个分时间歇式控制器3连接为一个换能器组，每个换能器组并联接入具有频率跟踪功能的超声波发生器2，每个换能器组设有一个换能器防护罩6。
所述的换热器表面1的翅片间距应大于3mm，且翅片采用未开缝的直翅或波纹翅；如果翅片间距小于3mm时，超声除霜时风机应反转吹霜。
所述的超声波发生器2具有频率跟踪功能，通过工作电流反馈来实现电源与换能器谐振频率间的自适应，提高换能器的工作效率。
所述的分时间歇式控制器3对阵列式超声波换能器4的加载方式为间歇式加载，间歇时间介于10s至200s，工作时间介于10s至50s，阵列式超声波换能器4采用喇叭状或柱状，谐振频率介于20kHz～80kHz，具体根据运行工况及霜晶体生长速度决定。
所述的阵列式超声波换能器4的布置方式包括线性阵列、矩形阵列及环形阵列，阵列式超声波换能器4安装形式与间距由阵列式超声波换能器4结构形式及运行工况决定。
所述的传振板5为直板型、L型、T型、U型及M型，将直板型传振板焊缝与制冷管对齐焊接，并对焊接表面进行打磨，方便换能器的安装；对L型、T型、U型及M型传振板，将传振板5与迎风面前排制冷管进行胀接，胀接排数由运行工况及换热器结构决定，胀接应保证翅片、传振板5与制冷管接触区有翻边结构出现，且不出现相互滑动，松动现象，同组阵列式超声波换能器4的安装间距及参数由运行工况及阵列式超声波换能器4结构决定，相邻两条传振板5上的阵列式超声波换能器4应交错布置。
所述的传振板5安装平面宽度略宽于阵列式超声波换能器4安装面直径，胀接型传振板胀接于阵列式超声波换能器4迎风面前排制冷管上，传振板5间距介于40cm至60cm，具体根据运行工况及阵列式超声波换能器4结构决定。
本发明的有益效果为：
本发明利用阵列式超声波换能器4，通过传振板5将高频交变电流信号转换成高频振动信号，通过机械振动方式在霜层与阵列式超声波换能器4表面界面处产生剪切应力，除去换热器表面结霜；本发明能在机组运行过程中对机组进行除霜，维持了冷库及速冻柜内的超低温工况，提高了系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
图2为阵列式超声波换能器在相邻两传振板上的安装示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，包括安装在换热器表面1的一条以上的传振板5，每条传振板5上安装的阵列式超声波换能器4通过导线7和一个分时间歇式控制器3连接为一个换能器组，每个换能器组并联接入具有频率跟踪功能的超声波发生器2，每个换能器组设有一个换能器防护罩6；在每次开机时，打开阵列式超声波换能器4，通过分时间歇式控制器3对阵列式超声波换能器4施加间歇式超声激励，防止食品加工速冻、冷藏工况下翅管式换热器表面结霜。
所述的换热器表面1的翅片间距应大于3mm，且翅片采用未开缝的直翅或波纹翅；如果翅片间距小于3mm时，超声除霜时风机应反转吹霜。
所述的超声波发生器2具有频率跟踪功能，通过工作电流反馈来实现电源与换能器谐振频率间的自适应，提高换能器的工作效率。
为使超声能够高效、低能耗除霜，所述的分时间歇式控制器3对阵列式超声波换能器4的加载方式为间歇式加载，间歇时间介于10s至200s，工作时间介于10s至50s，阵列式超声波换能器4采用喇叭状或柱状，谐振频率介于20kHz～80kHz，具体根据运行工况及霜晶体生长速度决定。各换能器组采用分时间歇式控制，以实现对换热器内超声合成声束的相位控制，消除超声驻波在换热器表面形成的除霜死角。
所述的阵列式超声波换能器4的布置方式包括线性阵列、矩形阵列及环形阵列，阵列式超声波换能器4安装形式与间距由阵列式超声波换能器4结构形式及运行工况决定。
用玻璃胶，热缩管将阵列式超声波换能器4接线端子密封，并在每条传振板5中间阵列式超声波换能器4处引出供电导线，同时将阵列式超声波换能器4与导线7用换能器防护罩6密封，在底部开孔将导线7引出接于超声波发生器2上，保证食品加工速冻、冷藏的高湿度运行工况及除霜工况下超声振子的绝缘特性。
为使阵列式超声波换能器4始终工作于其谐振状态，超声波发生器2应具有频率跟踪功能，通过工作电流反馈来实现电源与阵列式超声波换能器4谐振频率间的自适应，提高换能器的工作效率。
对超声工作过程中的电流进行跟踪，通过调节串联在回路中的电感以抵消阵列式超声波换能器4的电抗，使整个电路为纯阻电路，匹配超声波发生器2的工作频率与阵列式超声波换能器4实际工作的谐振频率，提高阵列式超声波换能器4的机电转换效率。
参照图2，所述的传振板5为直板型、L型、T型、U型及M型，将直板型传振板焊缝与制冷管对齐焊接，并对焊接表面进行打磨，方便换能器的安装；对L型、T型、U型及M型传振板，将传振板5与迎风面前排制冷管进行胀接，胀接排数由运行工况及换热器结构决定，胀接应保证翅片、传振板5与制冷管接触区有翻边结构出现，且不出现相互滑动，松动现象。
保证传振板5上阵列式超声波换能器4安装区域平整，通过紧固螺钉、环氧树脂胶将阵列式超声波换能器4固定在传振板5表面，尽量保证安装的一致性，防止胶水层出现空泡现象，同组阵列式超声波换能器4的安装间距及参数由运行工况及阵列式超声波换能器4结构决定，且相邻两条传振板5上的阵列式超声波换能器4应交错布置，抑制超声指向性形成的除霜死区。
所述的传振板5安装平面宽度略宽于阵列式超声波换能器4安装面直径，胀接型传振板胀接于阵列式超声波换能器4迎风面前排制冷管上，传振板5间距介于40cm至60cm，具体根据运行工况及阵列式超声波换能器4结构决定。

Claims (7)

1.用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，其特征在于：包括安装在换热器表面(1)的一条以上的传振板(5)，每条传振板(5)上安装的阵列式超声波换能器(4)通过导线(7)和一个分时间歇式控制器(3)连接为一个换能器组，每个换能器组并联接入具有频率跟踪功能的超声波发生器(2)，每个换能器组设有一个换能器防护罩(6)。
2.根据权利要求1所述的用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，其特征在于：所述的换热器表面(1)的翅片间距应大于3mm，且翅片采用未开缝的直翅或波纹翅；如果翅片间距小于3mm时，超声除霜时风机应反转吹霜。
3.根据权利要求1所述的用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，其特征在于：所述的超声波发生器(2)具有频率跟踪功能，通过工作电流反馈来实现电源与换能器谐振频率间的自适应，提高换能器的工作效率。
4.根据权利要求1所述的用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，其特征在于：所述的分时间歇式控制器(3)对阵列中超声波换能器(4)采用分时启振控制机制，并可根据除霜状况进行机制调整；对具体超声波换能器(4)的加载方式为间歇式加载，间歇时间介于10s至200s，工作时间介于10s至50s，具体根据运行工况及霜晶体生长速度决定。阵列中超声波换能器(4)的谐振频率一般介于20kHz～80kHz。
5.根据权利要求1所述的用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜系统，其特征在于：所述的阵列式超声波换能器(4)的布置方式包括线性阵列、矩形阵列、环形阵列等多种阵列式超声波换能器(4)安装形式，其间距由阵列式超声波换能器(4)结构形式及运行工况决定。
6.根据权利要求1所述的用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，其特征在于：所述的传振板(5)为直板型、L型、T型、U型及M型，将直板型传振板焊缝与制冷管对齐焊接，并对焊接表面进行打磨，方便换能器的安装；对L型、T型、U型及M型传振板，将传振板(5)与迎风面前排制冷管进行胀接，胀接排数由运行工况及换热器结构决定，胀接应保证翅片、传振板(5)与制冷管接触区有翻边结构出现，且不出现相互滑动，松动现象，相邻两条传振板(5)上的阵列式超声波换能器(4)应交错布置。
7.根据权利要求1所述的用于食品加工速冻、冷藏的翅管式换热器阵列式超声波防除霜技术，其特征在于：所述的传振板(5)安装平面宽度略宽于阵列式超声波换能器(4)安装面直径，传振板胀接或焊接于阵列式超声波换能器(4)迎风面前排制冷管上，传振板(5)间距根据运行工况及阵列式超声波换能器(4)结构决定。
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