CN112129017B - 一种直接蒸发旋转式制冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接蒸发旋转式制冰系统，包括制冷装置、换热装置以及蓄冰槽，所述蓄冰槽内装有水，换热装置内装有换热介质，其一端伸入蓄冰槽，另一端与制冷装置连接，制冷装置用于冷却换热装置内的换热介质，换热装置包括空心轴以及设置在空心轴的一端的换热部，换热部内部的空间与空心轴内部连通，空心轴的另一端与制冷装置连接，空心轴上设有用于驱动空心轴旋转的驱动组件。本发明把换热装置直接置于蓄冷槽中，制冷剂经过壁面与蓄冷槽中的水进行间接换热，这样避免了因增加中间级循环导致的高能耗问题，同时也避免了因换热器水侧通道狭窄导致的冰堵问题；同时，对系统的要求大幅下降，也省去水侧管路的布置，节省了冰蓄冷的初始投资成本。

Description

一种直接蒸发旋转式制冰系统

技术领域

本发明涉及制冰技术领域，具体涉及一种直接蒸发旋转式制冰系统。

背景技术

制冰在冰蓄冷空调、蔬果海鲜保鲜、预冷、冷藏等领域得到广泛应用。目前制冰的方法主要分为静态制冰和动态制冰两种。静态制冰方法由于固态冰热阻较大，使得制冰能耗较高。在动态制冰方法中，刮削法存在机械磨损，过冷水法容易导致堵塞，而其他方法诸如流化床法、直接接触法等，目前大多在研究阶段，商业化程度较低。

水在相变变成冰之前，存在一段过冷态，过冷态解除后则变成冰。目前，过冷水法制冰是较为先进的方法，但是该方法在换热器内部容易发生冰堵塞。发生堵塞的原因是过冷水是一种不稳定状态，受到扰动后很容易发生相变。当水在换热器内部发生相变时，由于换热器水侧孔道狭窄以及冰在换热壁面的粘附作用，使得换热器内的冰越来越多，最后发生冰堵现象。

在过冷水法制冰的过程中，要保证系统稳定运行，必须保证换热器中流动的水不发生冻结，应满足以下条件：(1)换热器中与水接触的表面最低温度应高于水在该表面的实际最低不结冰温度；(2)在换热器之前须完全消除水从蓄冰槽中携带出来的冰晶，一般应在换热器前设置专门的冰晶过滤器。(3)在冰槽当中完全消除水的过冷状态。蓄冰槽下游设置冰晶过滤器，用来消除冰晶。消除冰晶还可通过导入热负荷与从蓄冰槽中携带出来的冰晶换热，使其融化。一般有三种方法：电加热、外部废热和空调回水，用空调回水消除冰晶是最经济节能的。

另外，无论是静态制冰还是动态制冰方法，通常采用乙二醇等载冷剂作为中间级循环冷却，与直接蒸发冷却方法相比，载冷剂冷却方法其能耗相对较高，系统结构也相对复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种直接蒸发旋转式制冰系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种直接蒸发旋转式制冰系统，包括制冷装置、换热装置以及蓄冰槽，所述蓄冰槽内装有水，所述换热装置内装有换热介质，其一端设有换热部，换热部伸入蓄冰槽，另一端与制冷装置连接，所述制冷装置用于冷却换热装置内的换热介质，所述换热介质与水换热后直接蒸发流至制冷装置，所述换热装置上设有用于驱动换热部旋转的驱动组件。

进一步地，所述换热装置包括竖直设置的空心轴，所述换热部设置在空心轴的一端并插入蓄冰槽内，所述换热部内部的空间与空心轴内部连通，所述空心轴的另一端与制冷装置连接，所述驱动组件连接在空心轴上，所述换热介质为低温液态制冷剂，低温液态制冷剂在换热部与水进行换热后相变为气态，从而再沿着空心轴内部流至顶部，利用制冷装置降温再次相变为液态，落至换热部继续进行换热。

进一步地，所述换热部包括叶状的叶片，所述叶片以空心轴为中心均布设置有至少两片；

或包括圆盘状的换热盘；

所述换热盘或叶片在空心轴的轴向方向上设置有至少一组。

进一步地，所述叶片或换热盘的表面涂覆有低粘附力涂层。

进一步地，所述空心轴的外表面涂覆有隔热层。

进一步地，所述驱动组件包括电机，所述电机与空心轴之间连接有同步转动件。

进一步地，所述同步转动件包括两个分别与空心轴和电机转轴同轴转动的带轮，两个带轮通过皮带进行同步转动。

进一步地，所述空心轴的顶部设有与制冷装置连接的旋转密封接头，所述旋转密封接头包括上接头和下接头，所述上接头和制冷装置连接，所述接头和空心轴内部连接，所述上接头和下接头的端部转动连接，并相互连通。

一种直接蒸发旋转式制冰方法，包括上述的直接蒸发旋转式制冰系统，将换热装置的换热部放置在蓄冰槽的底部，启动制冷装置制冷，并启动驱动组件驱动空心轴和换热部以额定转速转动，利用换热装置与蓄冰槽内的水进行换热，将蓄冰槽内的水温度降至相变温度以下，并利用换热部转动时的离心力将覆盖在换热部上的冰层甩离，并浮至蓄冰槽的上部。

进一步地，所述驱动组件驱动空心轴和换热部转动时，为持续旋转或间歇性旋转。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明通过制冷装置与换热装置将水的温度降至相变温度以下，再通过驱动组件驱动换热部转动，使水覆盖在换热部上结冰形成冰层，最后利用离心力将覆盖着换热部上的冰层甩离，完成制冰。与现有技术的制冰系统及方法相比，本发明把换热器直接置于蓄冷槽中，制冷剂经过壁面与蓄冷槽中的水进行间接换热，这样避免了因增加中间级循环导致的高能耗问题，，同时也避免了因换热器水侧通道狭窄导致的冰堵问题；同时，对系统的要求大幅下降，也省去水侧管路的布置，因此减轻了冰蓄冷工程量，节省了冰蓄冷的初始投资成本。

附图说明

图1为直接蒸发旋转式制冰系统的整体结构示意图；

图2为直接蒸发旋转式制冰系统的叶片式换热部换热装置结构示意图；

图3为直接蒸发旋转式制冰系统的圆盘式换热部换热装置结构示意图；

图4为直接蒸发旋转式制冰系统的旋转密封接头结构示意图；

附图标记说明：1、制冷装置；2、换热装置；21、空心轴；22、叶片；23、换热盘；24、凸台；25、旋转密封接头；251、上接头；252、下接头；3、蓄冰槽；4、驱动组件；5、同步转动件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种直接蒸发旋转式制冰系统，包括制冷装置1、换热装置2以及蓄冰槽3，蓄冰槽3内装有用于制冰的水，换热装置2内装有换热介质，换热装置2的一端竖直伸入蓄冰槽3，用于利用换热介质与蓄冰槽3内的水换热，使水温下降，另一端与制冷装置1连接，用于将温度升高后的换热介质冷却。制冷装置1用于冷却换热装置2内的换热介质，换热装置2包括空心轴21以及设置在空心轴21的一端的换热部，换热部内部的空间与空心轴21内部连通，空心轴21的另一端与制冷装置1连接，空心轴21上设有用于驱动空心轴21旋转的驱动组件4。具体换热装置2可以设置一个或多个，通过多个换热装置2同时进行制冰，加速制冰的效率，多个换热装置2可同时连接同一制冷装置1进行制冷，降低系统的复杂性。

制冷装置1具体设置在换热装置2的上方，换热介质为低温液态制冷剂，该低温液态制冷剂在低温的时候为液态，低温液态制冷剂在换热部与水进行换热后相变为气态，从而再沿着空心轴21内部流至顶部，利用制冷装置1降温，再次相变为液态，落至换热部继续进行换热，以此重复循环将水降温至相变温度以下。

如图2和图3所示，具体地，换热部可以为叶状的叶片22，叶片22以空心轴21为中心均布设置有至少两片，叶片22的表面可以为平面，也可以为曲面；换热部亦或者可以为圆盘状的换热盘23。叶片22和换热盘23均在空心轴21的轴向方向上设置有一层或多层，多层有利于提高制冰的速度。同时，在叶片22或换热盘23的表面涂覆有一层低粘附力涂层，使冰在叶片22或换热盘23上形成冰层之后，无法附着在叶片22或换热盘23上，再利用驱动组件4使空心轴21转动，使冰层在叶片22或换热盘23上甩出。而空心轴21的外表面上，涂覆有隔热层，使空心轴21内的低温液态制冷剂无法与外部的水进行热交换，从而保持空心轴21附近的水温处于相变温度以上，仅利用换热部将附近的水降温至相变温度以下，使其不会造成空心轴21的结冰。

如图4所示，空心轴21的顶部设有与制冷装置1连接的旋转密封接头25，旋转密封接头25包括上接头251和下接头252，上接头251和制冷装置1连接，下接头252和空心轴21内部连接，上接头251和下接头252的端部转动连接，并相互连通。这样设置，从而使得空心轴21内部与水经过换热后吸热变成气态的低温液态制冷剂通过旋转密封接头25流入至制冷装置1中直接降温，降温后的低温液态制冷剂变成液态再从旋转密封接头25处流入回空心轴21内，循环进行换热制冷。

驱动组件4包括电机以及在电机与空心轴21之间连接的同步转动件5，同步转动件5具体包括两个分别与空心轴21和电机转轴同轴转动的带轮，两个带轮通过皮带传动从而实现同步转动，进而使得电机带动空心轴21转动。同步转动件5还可以为齿轮、链轮等，其同步转动原理相似，与电机转轴以及空心轴21的连接基本相同，因此不再作过多展开。空心轴21上还可以设置有用于固定带轮位置的两个凸台24，以更好地定位与受力。

一种直接蒸发旋转式制冰方法，包括上面所述的直接蒸发旋转式制冰系统，具体为：将换热装置2的换热部放置在蓄冰槽3的底部，启动制冷装置1制冷，并启动驱动组件4驱动空心轴21和换热部以额定转速转动，利用换热装置2与蓄冰槽3内的水进行换热，将蓄冰槽3内的水温度降至相变温度以下，并利用换热部转动时的离心力将覆盖在换热部上的冰层甩离，并浮至蓄冰槽3的上部。

具体在该方法的过程中，驱动组件4驱动空心轴21和换热部转动时，可以为持续旋转，亦可以为间歇性旋转，当采用间歇性旋转时，其转动的时候的转速需要比持续旋转更高，同时采用间歇性旋转时，在换热部停止转动的时候，水停止流动，其结冰的速度也会增加，能够在一定程度上加快制冰的效率。电机的具体转速，主要根据换热部2的叶片22距离轴心的距离以及冰附着的黏着力共同决定的，冰层在叶片22表面的粘附力越大，则设置的转速越大。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种直接蒸发旋转式制冰系统，其特征在于：包括制冷装置(1)、换热装置(2)以及蓄冰槽(3)，所述蓄冰槽(3)内装有水，所述换热装置(2)内装有换热介质，其一端设有换热部，换热部伸入蓄冰槽(3)，另一端与制冷装置(1)连接，所述制冷装置(1)用于冷却换热装置(2)内的换热介质，所述换热介质与水换热后直接蒸发流至制冷装置(1)，所述换热装置(2)上设有用于驱动换热部旋转的驱动组件(4)，其中，

所述换热装置(2)包括竖直设置的空心轴(21)，所述换热部设置在空心轴(21)的一端并插入蓄冰槽(3)内，所述换热部内部的空间与空心轴(21)内部连通，所述空心轴(21)的另一端与制冷装置(1)连接，所述驱动组件(4)连接在空心轴(21)上，所述换热介质为低温液态制冷剂，低温液态制冷剂在换热部与水进行换热后相变为气态，从而再沿着空心轴(21)内部流至顶部，利用制冷装置(1)降温再次相变为液态，落至换热部继续进行换热；

所述换热部包括叶状的叶片(22)，所述叶片(22)以空心轴(21)为中心均布设置有至少两片；

或包括圆盘状的换热盘(23)；

所述换热盘(23)或叶片(22)在空心轴(21)的轴向方向上设置有至少一组；

所述驱动组件(4)包括电机，所述电机与空心轴(21)之间连接有同步转动件(5)，所述同步转动件(5)包括两个分别与空心轴(21)和电机转轴同轴转动的带轮，两个带轮通过皮带进行同步转动，所述空心轴(21)的顶部设有与制冷装置(1)连接的旋转密封接头(25)，所述旋转密封接头(25)包括上接头(251)和下接头(252)，所述上接头(251)和制冷装置(1)连接，所述接头和空心轴(21)内部连接，所述上接头(251)和下接头(252)的端部转动连接，并相互连通。

2.根据权利要求1 所述的直接蒸发旋转式制冰系统，其特征在于：所述叶片(22)或换热盘(23)的表面涂覆有低粘附力涂层。

3.根据权利要求1所述的直接蒸发旋转式制冰系统，其特征在于：所述空心轴(21)的外表面涂覆有隔热层。

4.一种直接蒸发旋转式制冰方法，包括上述权利要求1-3任一所述的直接蒸发旋转式制冰系统，其特征在于：将换热装置(2)的换热部放置在蓄冰槽(3)的底部，启动制冷装置(1)制冷，并启动驱动组件(4)驱动空心轴(21)和换热部以额定转速转动，利用换热装置(2)与蓄冰槽(3)内的水进行换热，将蓄冰槽(3)内的水温度降至相变温度以下，并利用换热部转动时的离心力将覆盖在换热部上的冰层甩离，并浮至蓄冰槽(3)的上部。

5.根据权利要求4所述的直接蒸发旋转式制冰方法，其特征在于：所述驱动组件(4)驱动空心轴(21)和换热部转动时，为持续旋转或间歇性旋转。

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