CN113108511B - 一种过冷水制冰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种过冷水制冰装置，包括蓄液池、水泵、缓冲器、过冷水换热器、冰浆生成器；水泵的输出端、缓冲器、过冷水换热器和冰浆生成器的输入端依次连接；水泵的输入端接入至蓄液池中，冰浆生成器的输出端接入至蓄液池中；过冷水制冰装置还包括单向阀和精过滤器，精过滤器接入至水泵和缓冲器之间；精过滤器的上方开有直通接口，直通接口基于单向阀与冰浆生成器的输入端连接，单向阀的导通方向为过滤器顶出口至冰浆生成器的方向。该过冷水制冰装置在过冷水冷却换热前将冰浆和冰水进行初步分离，提高过冷水换热器的换热效率和降低过冷水换热器的冰堵概率，避免使用较为复杂的外置设备，降低过冷水制冰装置的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及制冷领域，具体涉及到一种过冷水制冰装置。
背景技术
为了加快第一代制冷剂的淘汰步伐，寻找新的代替品成为了行业的重中之重。冰浆是一种冰水混合物，冰晶粒子的直径平均不超过1mm，溶液通常是由水和冰点调节剂组成，是一种绝对环保型制冷剂，与常规冷冻水相比，冷冻能力高出5至6倍。由于冰浆优异的传热与流动特性，使换热器的流量、水泵的能耗以及相应管道、设备的尺寸大大减小，从而降低了装置与运行费用。冰浆可应用于医疗、食品冷冻冷藏、区域供冷和消防等方面，在人民的生产生活中扮演着越来越重要的角色，也成为近年来的研究热点。
过冷水动态制冰(浆)是所有制冰(浆)原理中效率最高的系统，但由于在冰浆的循环过程中，每一个环节都有可能出现冰堵，导致设备的堵塞和损坏，因此，过冷水动态制冰系统存在着结构复杂、制造成本较高、故障率高等问题。
发明内容
为了过冷水动态制冰系统的普及使用，本发明提供了一种过冷水制冰装置，在过冷水冷却换热前将冰浆和冰水进行初步分离，提高过冷水换热器的换热效率和降低过冷水换热器的冰堵概率，避免使用较为复杂的外置设备，降低过冷水制冰装置的制造成本，有利于过冷水换热装置的普及使用。
相应的，本发明实施例提供了一种过冷水制冰装置，包括蓄液池、水泵、缓冲器、过冷水换热器、冰浆生成器；所述水泵的输出端、缓冲器、过冷水换热器和冰浆生成器的输入端依次连接；所述水泵的输入端接入至所述蓄液池中，所述冰浆生成器的输出端接入至所述蓄液池中；所述过冷水制冰装置还包括单向阀和精过滤器，所述精过滤器接入至所述水泵和所述缓冲器之间；
所述精过滤器的上方开有直通接口，所述直通接口基于所述单向阀与所述冰浆生成器的输入端连接，所述单向阀的导通方向为过滤器顶出口至所述冰浆生成器的方向。
可选的实施方式，所述精过滤器的内部基于过滤装置划分为输入腔和输出腔；
所述输入腔与所述水泵连通，所述输出腔与所述缓冲器连通；
所述输入腔和/或所述输出腔与所述直通接口连通。
可选的实施方式，所述冰浆生成器包括壳体和间隔换热件；
所述间隔换热件设置在所述壳体内部，且所述生成器间隔换热件将所述生成器壳体的内部空间划分为第一空间和第二空间；
所述第一空间和所述第二空间分别具有独立的输入端和独立的输出端，所述第一空间的输出端和所述第二空间的输出端接入至所述蓄液池中；
所述第一空间的输入端和所述单向阀连接，所述第二空间的输入端和所述过冷水换热器连接。
可选的实施方式，所述冰浆生成器还包括基于流体驱动的自转元件；
所述间隔换热件为一预设图案沿一预设轴线回转形成的轴对称部件，所述间隔换热件的内侧为所述第一空间，所述第一空间的输入端和输出端分别位于所述预设轴线的两端；
所述自转元件的轴线与所述预设轴线同轴，且所述自转元件具有若干螺旋叶片。
可选的实施方式，所述自转元件的两端分别设置有输入侧固定片和输出侧固定片，所述若干螺旋叶片中的任一螺旋叶片的两端分别固定在所述输入侧固定片和输出侧固定片上；
所述输入侧固定片和所述输出侧固定片分别滑动配合在所述间隔换热件上。
可选的实施方式，所述若干螺旋叶片中的任一螺旋叶片包括刮壁段和驱动段；所述若干螺旋叶片的刮壁段形成回转直径为D1的刮壁结构，所述若干螺旋叶片的驱动段形成回转直径为D2的驱动结构；
所述驱动结构的回转直径D2小于所述刮壁结构的回转直径D1。
可选的实施方式，所述间隔换热件在所述第一空间的输入端一侧的内壁形成与所述刮壁结构配合的主热交换区；
所述间隔换热件在所述第一空间的输出端一侧的内壁的直径大于所述驱动结构的回转直径D2。
可选的实施方式，沿所述输出腔的竖直方向上依次设置有若干个温度传感器。
可选的实施方式，还包括粗过滤器，所述粗过滤器接入至所述水泵和所述蓄液池之间。
综上，本发明提供了一种过冷水制冰装置，在过冷水冷却换热前将冰浆和冰水进行初步分离，提高过冷水换热器的换热效率和降低过冷水换热器的冰堵概率，避免使用较为复杂的外置设备，降低过冷水制冰装置的制造成本，有利于过冷水换热装置的普及使用；通过对冰浆生成器的再设计，可被动加强冰浆生成效率，提高装置的总蓄冷容量。
附图说明
图1为本发明实施例的过冷水制冰装置的结构原理示意图；
图2为本发明实施例的冰浆生成器的三维结构示意图；
图3为本发明实施例的冰浆生成器隐藏壳体后的三维结构示意图；
图4为本发明实施例的冰浆生成器隐藏壳体和间隔换热件后的三维结构示意图；
图5为本发明实施例的冰浆生成器的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的过冷水制冰装置的结构原理示意图；
具体的，本发明实施例提供了一种过冷水制冰装置，在现有过冷水制冰装置的基础上进行了改进。具体的，在相关领域中，该品类的设备统一名称为过冷水制冰装置，实质上，过冷水制冰装置是一种利用冰浆循环实现的热交换储能装置。
具体的，现有的过冷水制冰装置包括蓄液池1、水泵3、缓冲器6、过冷水换热器7、冰浆生成器9；所述水泵3的输出端、缓冲器6、过冷水换热器7和冰浆生成器9的输入端依次连接；所述水泵3的输入端接入至所述蓄液池1中，所述冰浆生成器9的输出端接入至所述蓄液池1中。
本发明实施例的过冷水制冰装置在现有过冷水制冰装置的基础上，增设单向阀8和精过滤器4。
具体的，所述精过滤器4接入至所述水泵3和所述缓冲器6之间；所述精过滤器4的上方开有直通接口，所述直通接口基于所述单向阀8与所述冰浆生成器9的输入端连接，所述单向阀8的导通方向为过滤器顶出口至所述冰浆生成器9的方向。
可选的，本发明实施例的过冷水制冰装置还包括粗过滤器2，所述粗过滤器2接入至所述水泵3和所述蓄液池1之间。
需要说明的是，粗过滤器2和精过滤器4的区别主要在于其过滤粒径的不同，粗过滤器2的过滤粒径(允许通过粒径)大于所述精过滤器4的过滤粒径(允许通过粒径)。
具体的，本发明实施例的过冷水制冰装置的运行原理为：蓄液池1中储存着制冷剂，蓄液池1中的制冷剂的状态不固定，但在蓄液池1中的制冷剂中，位于表层的制冷剂的密度较小，冰粒含量越高，位于底层的制冷剂的密度较大，冰粒含量越低；水泵3作为整个设备中的驱动设备，在水泵3启动后，带动冷却剂开始循环，冰浆状态的制冷剂在整个循环过程中都是极为不稳定的，其不稳定性主要体现在冰浆中冰粒的生成，容易对设备造成堵塞。
经过粗循环泵的初步过滤，大颗粒冰粒被保留在蓄液池1中，一方面，冰粒自身已储存大量能量，不需要经过后续的换热，另一方面，大冰粒的过滤有利于避免冷却液在循环过程中发生冰堵。
蓄液池1中的冷却剂沿图示箭头方向开始流动，冷却剂经过水泵3后，首先流入精过滤器4；精过滤器4的作用主要是对一定线径以上的冰粒进行进一步的过滤，以将冰粒含量较低(制冷容量较低)的冰浆输送至过冷水换热器7；此外，针对冰浆的密度空间分布特点，冰粒含量较高的冰浆可直接送到冰浆生成器9中进行处理。
经过精过滤器4后，冷却剂经过缓冲器6进入热交换器，冷却剂经过缓冲器6的作用在于降低流速和平缓冲击，防止在热交换时产生剧烈运动导致过冷态变化。
冷却剂在流经换热器时，外部的冷媒等物质可对冷却剂进行进一步的降温，使冷却剂转换为过冷态后进入冰浆生成器9。
冰浆生成器9的作用主要在于破坏冷却剂的过冷态，是冷却剂中产生冰粒。
最后，冰浆生成器9中的冰浆再次回流至蓄液池1中，回流的冷却剂随密度变化在蓄液池1中流动并进行空间分布的变化。
具体的，上述关于过冷水制冰装置的实施方式的改进在于精过滤器4上方的直通接口的设置，可在冷却剂进入过冷水换热器7前进一步使包含有大量冰粒的冰浆流出，避免包含有大量冰粒的冰浆参与换热，导致冰堵，使过冷水换热器7失效；此外，冰粒含量越高的冰浆其蓄冷量越大，参与换热时效率越低，提前将其通过单向阀8导流，可提高过冷水换热器7的换热效率。
具体的，所述精过滤器4的内部基于过滤装置5划分为输入腔和输出腔；所述输入腔与所述水泵3连通，所述输出腔与所述缓冲器6连通；所述输入腔和/或所述输出腔与所述直通接口连通。
进一步的，本发明实施例提供了一种冰浆生成器9的具体结构。
图2为本发明实施例的冰浆生成器9的三维结构示意图；图3为本发明实施例的冰浆生成器9隐藏壳体10后的三维结构示意图；图4为本发明实施例的冰浆生成器9隐藏壳体10和间隔换热件20后的三维结构示意图；图5为本发明实施例的冰浆生成器9的剖面结构示意图。
所述冰浆生成器9包括壳体10和间隔换热件20；所述间隔换热件20设置在所述壳体10内部，且所述生成器间隔换热件20将所述生成器壳体10的内部空间划分为第一空间102和第二空间101；所述第一空间102和所述第二空间101分别具有独立的输入端和独立的输出端，所述第一空间102的输出端和所述第二空间101的输出端接入至所述蓄液池1中；所述第一空间102的输入端和所述单向阀8连接，所述第二空间101的输入端和所述过冷水换热器7连接。
具体的，所述壳体的壳体主体13和间隔换热件20之间为第二空间101，为了保证冷却剂的进入，本发明实施例在壳体主体13的一侧设置有主入口11，主入口11通过分流道12连接至第二空间；
具体的，第一空间102和第二空间101分别供两种途径的进入冰浆生成器9的冷却剂进行通过，第一空间102和第二空间101之间的间隔换热件20起到了间隔和换热的作用。具体的，根据过冷原理，碰撞或热交换能够破坏冷却剂的过冷态，由于两种途径的冷却剂之间存在温差，以及间隔换热件20的结构不均匀设计，可提高冰浆中的冰粒的生成概率。
进一步的，为了加强冰浆中的冰粒生成，所述冰浆生成器9还包括基于流体驱动的自转元件30；所述间隔换热件20为一预设图案沿一预设轴线回转形成的轴对称部件，所述间隔换热件20的内侧为所述第一空间102，所述第一空间102的输入端和输出端分别位于所述预设轴线的两端；所述自转元件30的轴线与所述预设轴线同轴，且所述自转元件30具有若干螺旋叶片33。
具体的，自转元件30在流体的驱动下转动，转动的过程中会影响流体，即冷却剂的流向，使冷却剂产生碰撞，从而破坏冷却剂的过冷态。
需要说明的是，自转元件30主要加强对经过单向阀8的冷却剂的冰粒形成，对已有冰浆进行进一步的制冷量的提升，同时，由于热交换的存在，可使第一空间102和第二空间101内的冷却剂产生热交换，缩小第一空间102和第二空间101内的温差；且由于冷却剂的循环是持续的，即冷却剂在各空间中都是会产生流动的，只要在流动过程中的其中一个环节得到加强，冷却剂的制冷容量都会得以提升。
具体的，所述自转元件30的两端分别设置有输入侧固定片40和输出侧固定片41，所述若干螺旋叶片33中的任一螺旋叶片33的两端分别固定在所述输入侧固定片40和输出侧固定片41上；所述输入侧固定片40和所述输出侧固定片41分别基于轴承42滑动配合在所述间隔换热件20上。该结构设计主要是满足实际施工需求中自转元件30设置的可行性和便利性。
此外，为了便于与单向阀之间的管道连接，输入侧固定片40一侧设置有连接口43，连接口43用于与单向阀连接。结合附图所示，冰浆生成器中关于冷却剂的进入的结构，为了相互避让以及为了避免冷却剂进入第一空间和第二空间前保持相对独立形成了特殊的结构。
进一步的，所述若干螺旋叶片33中的任一螺旋叶片33包括刮壁段和驱动段；所述若干螺旋叶片33的刮壁段形成回转直径为D1的刮壁结构31，所述若干螺旋叶片33的驱动段形成回转直径为D2的驱动结构32；所述驱动结构32的回转直径D2小于所述刮壁结构31的回转直径D1。由轴线方向所指出的流体运动方向可知，为了便于流体的驱动，驱动结构32的回转直径D2需要较小，以使螺旋叶片33尽量靠近轴线方向，即流体主流动方向，以保证流体对自转元件30的驱动。
进一步的，所述间隔换热件20在所述第一空间102的输入端一侧的内壁形成与所述刮壁结构31配合的主热交换区21；所述间隔换热件20在所述第一空间102的输出端一侧的内壁的直径大于所述驱动结构32的回转直径D2。具体的，由于冷却剂的进入方向问题，热交换和冰粒的形成主要发生在第一空间102的输入端一侧的内壁上，为了避免冰粒的生长，需要保证对间隔换热件20相对位置的刮壁处理，具体的，在本发明实施例中，刮壁结构31与主热交换区21的配合设置，可满足具体需求，及时将冰粒混入冰浆中；而驱动结构32与间隔换热件20间隙设置，形成一定空间的缓冲区22，可保证流体的运动空间。
进一步，本发明实施例所提供的冰浆生成器9可与现有技术下的冰浆生成器9复合使用，以提高其效率。
具体的，实际实施中，针对精过滤器4，可沿所述输出腔的竖直方向上依次设置有若干个温度传感器，温度传感器的作用主要是监视精过滤器4各个高度上的冰浆温度，若进入过冷水换热器7的冰浆温度越低，其过冷态越容易被破坏，发生冰堵的可能性越大，可通过监控温度的形式，对其进行预警。
综上，本发明实施例提供了一种过冷水制冰装置，在过冷水冷却换热前将冰浆和冰水进行初步分离，提高过冷水换热器7的换热效率和降低过冷水换热器7的冰堵概率，避免使用较为复杂的外置设备，降低过冷水制冰装置的制造成本，有利于过冷水换热装置的普及使用；通过对冰浆生成器9的再设计，可被动加强冰浆生成效率，提高装置的总蓄冷容量。
以上对本发明实施例所提供的一种过冷水制冰装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种过冷水制冰装置，包括蓄液池、水泵、缓冲器、过冷水换热器、冰浆生成器；所述水泵的输出端、缓冲器、过冷水换热器和冰浆生成器的输入端依次连接；所述水泵的输入端接入至所述蓄液池中，所述冰浆生成器的输出端接入至所述蓄液池中；其特征在于，所述过冷水制冰装置还包括单向阀和精过滤器，所述精过滤器接入至所述水泵和所述缓冲器之间；
所述精过滤器的上方开有直通接口，所述直通接口基于所述单向阀与所述冰浆生成器的输入端连接，所述单向阀的导通方向为过滤器顶出口至所述冰浆生成器的方向；
所述冰浆生成器包括壳体和间隔换热件；
所述间隔换热件设置在所述壳体内部，且所述生成器间隔换热件将所述生成器壳体的内部空间划分为第一空间和第二空间；
所述第一空间和所述第二空间分别具有独立的输入端和独立的输出端，所述第一空间的输出端和所述第二空间的输出端接入至所述蓄液池中；
所述第一空间的输入端和所述单向阀连接，所述第二空间的输入端和所述过冷水换热器连接。
2.如权利要求1所述的过冷水制冰装置，其特征在于，所述精过滤器的内部基于过滤装置划分为输入腔和输出腔；
所述输入腔与所述水泵连通，所述输出腔与所述缓冲器连通；
所述输入腔和/或所述输出腔与所述直通接口连通。
3.如权利要求1所述的过冷水制冰装置，其特征在于，所述冰浆生成器还包括基于流体驱动的自转元件；
所述间隔换热件为一预设图案沿一预设轴线回转形成的轴对称部件，所述间隔换热件的内侧为所述第一空间，所述第一空间的输入端和输出端分别位于所述预设轴线的两端；
所述自转元件的轴线与所述预设轴线同轴，且所述自转元件具有若干螺旋叶片。
4.如权利要求3所述的过冷水制冰装置，其特征在于，所述自转元件的两端分别设置有输入侧固定片和输出侧固定片，所述若干螺旋叶片中的任一螺旋叶片的两端分别固定在所述输入侧固定片和输出侧固定片上；
所述输入侧固定片和所述输出侧固定片分别滑动配合在所述间隔换热件上。
5.如权利要求4所述的过冷水制冰装置，其特征在于，所述若干螺旋叶片中的任一螺旋叶片包括刮壁段和驱动段；所述若干螺旋叶片的刮壁段形成回转直径为D1的刮壁结构，所述若干螺旋叶片的驱动段形成回转直径为D2的驱动结构；
所述驱动结构的回转直径D2小于所述刮壁结构的回转直径D1。
6.如权利要求5所述的过冷水制冰装置，其特征在于，所述间隔换热件在所述第一空间的输入端一侧的内壁形成与所述刮壁结构配合的主热交换区；
所述间隔换热件在所述第一空间的输出端一侧的内壁的直径大于所述驱动结构的回转直径D2。
7.如权利要求2所述的过冷水制冰装置，其特征在于，沿所述输出腔的竖直方向上依次设置有若干个温度传感器。
8.如权利要求1所述的过冷水制冰装置，其特征在于，还包括粗过滤器，所述粗过滤器接入至所述水泵和所述蓄液池之间。
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Denomination of invention: A supercooled water ice making device Effective date of registration: 20231115 Granted publication date: 20220701 Pledgee: Shenzhen Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Henggang Sub branch Pledgor: SHENZHEN WEILI LOW-CARBON CO.,LTD. Registration number: Y2023980065922 |