CN109269173A - 一种管冰机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管冰机系统，其中，包括压缩机、回气管和排气管、蒸发器和冷凝器，及储液罐。冷凝器与储液罐上端之间连接有的第一连接管，蒸发器与储液罐下端之间连接有的第二连接管。储液罐上端与回气管之间连接有第三连接管。排气管上依次设置有油分和第一单向阀。第三连接管与回气管交汇连接处与蒸发器之间的回气管上设置有的第一电磁阀。第三连接管上设置有第二电磁阀；第一连接管上设置有第三电磁阀。第二连接管上依次设置有的第四电磁阀和膨胀阀。第一单向阀与冷凝器之间的排气管上分流一路与蒸发器连接的第四连接管。本发明具有节约能源，增加焓差和增大制冷量，防止压缩机缺油拉缸、液击风险，及能制得透明实心冰块的效果。

Description

一种管冰机系统

技术领域

本发明属于制冰领域，特别涉及一种管冰机系统。

背景技术

目前，市面上的管冰机系统在脱冰的时候，在管冰机系统内部的蒸发器依然存在大量的低温制冷剂，其脱冰过程主要是利用压缩机排气或者储液器中的液体汽化吸收热量供给蒸发器内部。首先是对蒸发器内部的低温制冷剂进行混合，使蒸发器内部的温度升温，当温度升高到一定程度后，在蒸发器列管内壁表面附着的冰块开始融化，之后冰块便掉落开始脱冰，在混合升温的过程中大量的低温制冷剂与供给过来的高温气态制冷剂进行混合，如此混合浪费了低温制冷剂本身所储存的冷量，要是可以合理利用好低温制冷剂本身储存的冷量用于制冰，那么将可以达到节约能源的目的。另外，现有的管冰大都主要是圆柱形，而且冰块中间是空心的，要是有部分用户需要中间为实心的冰块则无法满足，因为这样实心的冰块要求同体积，重量更重，更加耐融，整个冰块融化时释放的冷量更多，所以要求更高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种节约能源，增加焓差和增大制冷量，脱冰防止压缩机缺油拉缸、液击风险，及能制得透明实心冰块的管冰机系统。

为实现上述目的，本发明提供的一种管冰机系统，其中，包括压缩机、在压缩机的进口端上设有的回气管和在压缩机的出口端上设有的排气管、与回气管另一端连接的蒸发器和与排气管另一端连接的冷凝器，及分别与蒸发器和冷凝器连接的储液罐。冷凝器与储液罐上端之间连接有的第一连接管，所述的蒸发器与储液罐下端之间连接有的第二连接管；所述的储液罐上端与回气管之间连接有第三连接管。排气管上依次设置有油分和第一单向阀。第三连接管与回气管交汇连接处与蒸发器之间的回气管上设置有的第一电磁阀。第三连接管上设置有第二电磁阀；所述的第一连接管上设置有第三电磁阀。第二连接管上依次设置有的第四电磁阀和膨胀阀。第一单向阀与冷凝器之间的排气管上分流一路与蒸发器连接的第四连接管。第四连接管上设置有第五电磁阀。第三电磁阀和第四电磁阀分别与储液罐上端的进口和下端的出口连接。储液罐上端设置有分出一路与蒸发器连接的第五连接管。第五连接管上设置有第二单向阀。制冰时，所述的第五电磁阀和第二电磁阀关闭，所述的第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀打开，所述的压缩机将高温高压气态制冷剂排出后经过油分再通过第一单向阀后，经过冷凝器和储液罐,在膨胀阀节流的作用下供应到蒸发器内对动态的水进行降温，所述的蒸发器内部管壁结成冰块。脱冰时，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀关闭，第二电磁阀打开，第三连接管连通储液罐和回气管；此时冷凝器与储液罐不相通，则冷凝器内压力及温度温度不断升高；当冷凝器的压力高于设定值时，第五电磁阀打开，第四连接管连通排气管和蒸发器。上述当冷凝器压力达到设定值时，第五电磁阀打开，所述的压缩机排气和冷凝器中高压状态下的气态制冷剂通过第四连接管输送到蒸发器内进行热量交换；之后蒸发器内部的压力及温度也不断升高，当蒸发器中压力比储液罐中压力高时，在蒸发器内部经换热后仍有低温余量的制冷剂通过第五连接管，经第二单向阀输送往储液罐中储存。

在一些实施方式中，蒸发器内部的制冷剂与介质进行热量交换后，制冷剂被蒸发气化，浮于表面的润滑油被蒸发沸腾的制冷剂雾化成油滴。

在一些实施方式中，脱水完成后，所述的第五电磁阀和第二电磁阀关闭，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀打开。上述雾化成的油滴从回气管输送回压缩机；所述的储液罐内储存含有低温余量的制冷剂，通过膨胀阀节流供应到蒸发器内进行制冰。

在一些实施方式中，蒸发器为列管式换热器。

在一些实施方式中，列管式换热器包括不锈钢卫生列管、在不锈钢卫生列管两端分别设有的管板，及在不锈钢卫生列管两端分别的管板上设有与不锈钢卫生列管相通的播水盖和水箱。播水盖上设置有进水口和溢流口，水箱上设置有出水口、补水口和回水口。出水口与进水口之间设置有连通出水口与进水口的第六连接管，溢流口与回水口之间设置有连通溢流口与回水口的第七连接管。第六连接管上设置有水泵。

在一些实施方式中，第六连接管上设置有第一流量计，第七连接管上设置有第二流量计。

在一些实施方式中，水泵出口端的第六连接管上设置有第一压力传感器；所述的播水盖内设置有第二压力传感器。

本发明的有益效果是具有节约能源，增加焓差和增大制冷量，脱冰防止压缩机缺油拉缸，及能制得透明实心冰块的效果。具体如下：(1)整个系统的重点是收集利用脱冰后期多余低温的制冷剂，用于制冰，从而节约能源，增加焓差，增大制冷量。即收集多余低温的制冷剂的方式主要是通过蒸发器与储液罐之间形成的压差力。譬如，当蒸发器中的压力大于储液罐中的压力，蒸发器中低温的制冷剂则往储液罐中输送并被保存起来。如此可以合理利用脱冰过程后期大量低温的制冷剂，脱冰之前先将储液罐抽空降压，然后通过压力差将蒸发器中大量的低温制冷剂转移到储液罐中。(2)脱冰转换为制冰时，利用低温制冷剂直接用于制冰，同时也利用低温的制冷剂与冷凝器输送过来的高温制冷剂进行热交换，进一步实现了使高温制冷剂降温过冷，减少其焓值,从而增加制冷量的目的。(3)当脱冰的时候，热气供给过来，蒸发器内部压力升高，储液器内压力降低，从而蒸发器内大量液态低温制冷剂不断地往储液罐输送，蒸发器内制冷剂的量变少，低温的制冷剂与高温气态制冷剂混合沸腾，将浮于液态制冷剂表面的润滑油雾化成小油滴，雾化的油滴再通过回气管回到压缩机内部，所以这样的设计有利于润滑油回到压缩机，防止压缩机缺油拉缸，并且大量减少液态制冷剂回到压缩机，有效防止液击。(4)由于现有的管冰机系统通过压力或者时间来控制脱冰，这样很难保证冰块是实心,即中间空心的圆柱形冰块，改进只增加一个控制机构控制进水量和溢流水量，就可以制出实心的圆柱形冰块，实心的圆柱形冰块相比空心的圆柱形冰块，同样的体积，冰块重量更重，冰块更加耐融，同样体积蓄冷量更大，而且同样的蒸发器，实心冰可以得到更大的产量。实现了制得透明实心的冰块，通透耐融目的。

附图说明

图1为本发明制冰过程的结构示意图；

图2为本发明脱冰前初始状态的结构示意图；

图3为本发明脱冰过程的结构示意图；

图4为本发明脱冰转制冰前期的温度变化曲线图；

图5为本发明转化为制冰之后的温度变化曲线图；

图6为润滑油漂浮在制冷剂表面的示意图；

图7为润滑油雾化成小油滴的示意图；

图8为本发明中蒸发器制得实心冰块的结构示意图；

图9为本发明中蒸发器制得实心冰块变形设计的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示，一种管冰机系统，包括压缩机01、在压缩机01的进口端上设有的回气管02和在压缩机01的出口端上设有的排气管03、与回气管02另一端连接的蒸发器04和与排气管03另一端连接的冷凝器05，及分别与蒸发器04和冷凝器05连接的储液罐06。冷凝器05与储液罐06上端之间连接有的第一连接管07，蒸发器04与储液罐06下端之间连接有的第二连接管08。储液罐06上端与回气管02之间连接有第三连接管09。排气管03上依次设置有油分和第一单向阀10。第三连接管09与回气管02交汇连接处与蒸发器04之间的回气管02上设置有的第一电磁阀11。第三连接管09上设置有第二电磁阀12，第一连接管07上设置有第三电磁阀13。第二连接管08上依次设置有的第四电磁阀14和膨胀阀15。第一单向阀10与冷凝器05之间的排气管03上分流一路与蒸发器04连接的第四连接管16。第四连接管16上设置有第五电磁阀17。第三电磁阀13和第四电磁阀14分别与储液罐06上端的进口和下端的出口连接。储液罐06上端设置有分出一路与蒸发器04连接的第五连接管18。第五连接管18上设置有第二单向阀19。制冰时，所述的第五电磁阀17和第二电磁阀12关闭，所述的第一电磁阀11、第三电磁阀13和第四电磁阀14打开，所述的压缩机01将制冷剂通过第一单向阀10后，经过冷凝器05和储液罐06,在膨胀阀15节流的作用下供应到蒸发器04内对动态的水进行降温，所述的蒸发器04内部结成冰块。脱冰时，第一电磁阀11、第三电磁阀13和第四电磁阀14关闭，第二电磁阀12打开，第三连接管09连通储液罐06和回气管02；当冷凝器05的压力高于设定值时，第五电磁阀17打开，第四连接管16连通排气管03和蒸发器04。此时冷凝器05与储液罐06不相通，则冷凝器05内随着压力增加不断升高；上述压力传递到第四连接管16上的第五电磁阀17，当冷凝器05压力超过设定值或者脱冰时间后，第五电磁阀17打开，所述的压缩机01将排气和冷凝器05中压力状态下的气态制冷剂输送到蒸发器04内进行热量交换；之后的蒸发器04内部也随着压力增加不断升高，蒸发器04中压力比储液罐06中压力高时，在蒸发器04内部经换热后仍有低温余量的制冷剂通过第五连接管，经第二单向阀19输送往储液罐06中储存。蒸发器04内部的制冷剂与介质进行热量交换后，制冷剂被蒸发和液化，浮于表面的润滑油被蒸发沸腾的制冷剂雾化成油滴。脱水完成后，所述的第五电磁阀17和第二电磁阀12关闭，第一电磁阀11、第三电磁阀13和第四电磁阀14打开。雾化成的油滴从回气管02输送回压缩机01。储液罐06内储存含有低温余量的制冷剂，通过膨胀阀15节流供应到蒸发器04内进行制冰。蒸发器04为列管式换热器。

应用时，在脱冰前先将储液罐06压力降低，一开始冷凝器05的压力＝储液罐06的压力，首先将储液罐06的进口第三电磁阀13和出口第四电磁阀14关闭，停止冷凝后的制冷剂进入储液罐06和停止储液罐06中的制冷剂往外蒸发器04输送，然后蒸发器04的出口电磁阀A1关闭，同时打开储液罐06上方与回气管02联通的第二电磁阀12，此时储液罐06与回气管02联通，储液罐06中的压力开始降低，同时压缩机01不断吸气，储液罐06中的制冷剂不断蒸发，储液罐06的压力不断降低，由于储液罐06进口的第三电磁阀13关闭了，冷凝器05冷凝下来的液体进不了储液罐06，积存在冷凝器05中，此时冷凝器05中的压力不断升高。另外，第五电磁阀17打开后蒸发器04中的压力也升高，虽然蒸发器04中的制冷剂会升温，但即使升温温度也是处于0-5℃之间，之后低温的制冷剂则被保存在储液罐06中。同时，蒸发器04内通入热气，蒸发器04中的温度也上升，逐渐上升到融冰温度，冰块融化脱落。

实施例1，储存低温制冷剂

脱冰转制冰前期，储液罐06中的制冷剂压力对应饱和温度5℃，而压缩机01排气出来的制冷剂经过冷凝器05冷凝到40℃，此时制冷剂压力为对应的饱和压力,该制冷剂进入储液罐06。但是由于储液罐06中的制冷剂量比较多而且仍处于低压状态，此时储液罐06中的压力和温度变化不大，如图4所示，40℃压力的制冷剂进入储液罐06之后，压力逐渐降至储液罐06的压力，5℃的制冷剂与40℃的制冷剂进行混合，5℃的液态制冷剂吸热蒸发成气态制冷剂，40℃制冷剂则放热降温到5℃左右。此时经过热交换的制冷剂焓值为h1，而进入储液罐06之前40℃的焓值为h2。根据公式制冷量Q＝qm·Δh,40℃时的焓差为Δh＝h3-h2；5℃的焓差Δh’＝h3-h1＝(h3-h2)+(h2-h1)＝Δh+Δh”，所以Δh’>Δh，而当焓差更大时，同样的压缩机01同样的蒸发温度，对应的质量流量qm一样时，焓差大的制冷量Q更大，所以通过收集低温制冷剂，不但节能，还可以减少压缩机01的配置。

在转化为制冰之后一段时间，冷凝之后的40℃的制冷剂不断输送进储液罐06内，储液罐06内压力也逐渐上升，5℃的制冷剂温度也逐渐上升，如图5所示，取其中一个过程来表示，储液罐06压力上升到P3，5℃的制冷剂上升到20℃，对应的焓值也由h1上升到h1’,h2-h1’<h2-h1，制冷量相应减少，但从冷凝器05中供应过来的40℃的制冷剂也由于与原本的低温制冷剂进行混合换热，其焓值相应降低，这部分的制冷剂节流之后用于制冷也比原本没有过冷的制冷剂的焓差大，制冷量也更大。

实施例2，防止缺油拉缸、减少液击风险

如图6、图7所示，图6为制冰过程到脱冰前某一状态蒸发器内制冷剂及油的状态，图7为脱冰过程到转换为制冰过程的某一状态。制冰过程中蒸发器存在在大量低温液态制冷剂，油比制冷剂轻，浮在其表面，在制冷剂吸热蒸发为气态的过程会带油回到压缩机，从而保证压缩机正常运行。到制冰后期因蒸发器内制冷剂越来越多，回到压缩机的液态制冷剂也会逐渐增多，在脱冰前达到一定的峰值。该系统在脱冰前通过关闭07管路电磁阀使冷凝器升压，关闭02管路电磁阀及打开09管路电磁阀使得储液器降压，再通过压力或者时间控制打开16管路电磁阀使蒸发器升压，从而将蒸发器内制冷剂通过18管路导向储液器中储存。如此蒸发器内制冷剂状态为图7所示，蒸发器上部是制冷剂及油的气液混合物，经过02管路回到压缩机的制冷剂带液较少，从而减少了压缩机液击风险，并且也保证了回油效果，避免压缩机缺油拉缸。

实施例3，制造透明实心冰块

如图8所示，列管式换热器包括不锈钢卫生列管41、在不锈钢卫生列管41两端分别设有的管板42，及在不锈钢卫生列管41两端分别的管板42上设有与不锈钢卫生列管41相通的播水盖43和水箱44。播水盖43上设置有进水口45和溢流口46，水箱44上设置有出水口47、补水口40和回水口48。出水口47与进水口45之间设置有连通出水口47与进水口45的第六连接管49，溢流口46与回水口48之间设置有连通溢流口46与回水口48的第七连接管50。第六连接管49上设置有水泵51。第六连接管49上设置有第一流量计52，第七连接管50上设置有第二流量计53。

应用时，首先水从水箱44出水口47通过水泵51供给到上部的播水盖43内部，水进入播水盖43之后有两路可以走，一路是通过不锈钢卫生管往下流然后直接回到水箱44，另一路则从溢流口46通过水管直接回流到水箱44中，通过不锈钢卫生管的水就是用于制冰的水，制冷剂通过卫生管传热，水在卫生管内壁面结成冰并依附在上面，随着时间的推移，冰块在卫生管内壁越结越厚。由于Q1＝Q2+Q3，随着卫生管内冰块越结越厚，卫生管内可以流通的面积越来越小，从溢流口46溢流的水越来越多，Q3流量变小，Q2流量变大，卫生管内部的冰块结成实心时，Q3流量等于0，Q2流量＝Q1流量，水泵51出口有一个流量计1用于检测水泵51出口的流量，溢流口46到水箱44回水口48之间的水管上有流量计2，用于检测溢流回去的水流量，当检测到Q1与Q2差值少于设定值时，判定为冰块已经结成实心，虽然Q1≈Q2，但由于冰块是从下往上结的，水虽然不流通，但仍然有一部分未接冰，所以要继续制冰一段时间，等时间到了，再开始脱冰。

实施4，制造透明实心冰块变形设计方案

如图9所示，水泵51出口端的第六连接管49上设置有第一压力传感器54，播水盖内设置有第二压力传感器55。将流量计用压力传感器取代，播水盖43内部与外界不连通，当播水盖内的水压>大气压力时，水才能从卫生管内流下来，并且卫生管存在一定的阻力，所以播水盖43上内的水主要是通过水泵51的水压来克服卫生管孔的阻力来供水的。水泵51出口有一个第一压力传感器54，播水盖43内部有一个第二压力传感器55，制冰初段，水泵51内的水压>播水盖内的水压，当制冰后期，冰块越结越厚，播水盖内的水压的压力开始上升，当播水盖内的水压与水泵51内的水压差值小于一定程度时，则证明从卫生管里流动的水流比较小，冰块接近实心状态，此时延时制冰一段时间，待冰块全部结成实心后再开始脱冰。这种方法用压力传感器取代水流计，也是透明实心冰的一种变形案列。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管冰机系统，其特征在于，包括压缩机、在压缩机的进口端上设有的回气管和在压缩机的出口端上设有的排气管、与回气管另一端连接的蒸发器和与排气管另一端连接的冷凝器，及分别与蒸发器和冷凝器连接的储液罐；

所述的冷凝器与储液罐上端之间连接有的第一连接管，所述的蒸发器与储液罐下端之间连接有的第二连接管；所述的储液罐上端与回气管之间连接有第三连接管；

所述的排气管上依次设置有油分和第一单向阀；

所述的第三连接管与回气管交汇连接处与蒸发器之间的回气管上设置有的第一电磁阀；所述的第三连接管上设置有第二电磁阀；所述的第一连接管上设置有第三电磁阀；所述的第二连接管上依次设置有的第四电磁阀和膨胀阀；

所述的第一单向阀与冷凝器之间的排气管上分流一路与蒸发器连接的第四连接管；所述的第四连接管上设置有第五电磁阀；所述的第三电磁阀和第四电磁阀分别与储液罐上端的进口和下端的出口连接；

所述的储液罐上端设置有分出一路与蒸发器连接的第五连接管；所述的第五连接管上设置有第二单向阀；

制冰时，所述的第五电磁阀和第二电磁阀关闭，所述的第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀打开，所述的压缩机将高温高压气态制冷剂排出后经过油分再通过第一单向阀后，经过冷凝器和储液罐,在膨胀阀节流的作用下供应到蒸发器内对动态的水进行降温，所述的蒸发器内部管壁结成冰块；

脱冰时，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀关闭，第二电磁阀打开，第三连接管连通储液罐和回气管；当冷凝器的压力高于设定值时，第五电磁阀打开，第四连接管连通排气管和蒸发器，此时冷凝器与储液罐不相通，则冷凝器内随着压力增加不断升高；

则冷凝器内压力及温度温度不断升高；当冷凝器的压力高于设定值时，第五电磁阀打开，第四连接管连通排气管和蒸发器。上述当冷凝器压力达到设定值时，第五电磁阀打开，所述的压缩机排气和冷凝器中高压状态下的气态制冷剂通过第四连接管输送到蒸发器内进行热量交换；之后蒸发器内部的压力及温度也不断升高，当蒸发器中压力比储液罐中压力高时，在蒸发器内部经换热后仍有低温余量的制冷剂通过第五连接管，经第二单向阀输送往储液罐中储存。

2.根据权利要求1所述的一种管冰机系统，其特征在于，所述蒸发器内部的制冷剂与介质进行热量交换后，制冷剂被蒸发和液化，浮于表面的润滑油被蒸发沸腾的制冷剂雾化成油滴。

3.根据权利要求2所述的一种管冰机系统，其特征在于，脱水完成后，所述的第五电磁阀和第二电磁阀关闭，第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀打开；

所述雾化成的油滴从回气管输送回压缩机；所述的储液罐内储存含有低温余量的制冷剂，通过膨胀阀节流供应到蒸发器内进行制冰。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种管冰机系统，其特征在于，所述的蒸发器为列管式换热器。

5.根据权利要求4所述的一种管冰机系统，其特征在于，所述的列管式换热器包括不锈钢卫生列管、在不锈钢卫生列管两端分别设有的管板，及在不锈钢卫生列管两端分别的管板上设有与不锈钢卫生列管相通的播水盖和水箱；

所述的播水盖上设置有进水口和溢流口；所述的水箱上设置有出水口、补水口和回水口；

所述的出水口与进水口之间设置有连通出水口与进水口的第六连接管；所述的溢流口与回水口之间设置有连通溢流口与回水口的第七连接管；

所述的第六连接管上设置有水泵。

6.根据权利要求5所述的一种管冰机系统，其特征在于，所述的第六连接管上设置有第一流量计；所述的第七连接管上设置有第二流量计。

7.根据权利要求5所述的一种管冰机系统，其特征在于，所述水泵出口端的第六连接管上设置有第一压力传感器；所述的播水盖内设置有第二压力传感器。