CN201277771Y - 一种利用热泵节能真空制取二元冰系统 - Google Patents

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杨鹏程
王文国
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Abstract

一种利用热泵节能真空制取二元冰系统包括制冰罐、制冰罐上部的水蒸汽排出口、与水蒸汽排出口连接的吸收器以及与吸收器连接的吸收剂再生装置，其特征在于：还包括一热泵，所述热泵包括一制热部分和一制冷部分，所述制冷部分通过管路与制冰罐、吸收器连接，所述制热部分通过管路与吸收剂再生装置相连接。所述吸收剂为液体吸收剂。本实用新型采用带热泵的溶液驱动的真空制二元冰系统，大大提高了系统热效率，降低制冷的运行成本，达到节能的目的。

Description

一种利用热泵节能真空制取二元冰系统
技术领域
本实用新型涉及一种制冰系统，特别涉及一种利用热泵节能真空制取二元冰系统。
背景技术
人们在享受着由于生活水平提高和科学技术的迅猛发展所带来的极大便利的同时，也带来了一些问题。由于人们越来越追求生活质量，对空调舒适性的需求日益强烈，空调的日益增多对电力的供应提出了严峻的考验。以上海地区为例，用电高峰负荷每年几乎以10％的速度增长，而用电峰谷差也几乎以10％的速度增长。实际上全国用电情况和上海地区基本相似。空调蓄冷技术是改善电力供需矛盾的最有效的技术措施之一，它是在夜间用电低谷时，机组运行制冷，将蓄冷介质的显热或潜热以冷量形式储存起来，然而在白天用电高峰时停止机组运行，而将储存的冷量释放出来，满足建筑物空调或生产工艺的冷负荷需要，实现“移峰填谷”，减少发电机组总装机容量，提高发电效率。因此蓄冷技术的研究与应用对于加强空调节能，合理利用能源并进一步改善能源利用率，促进能源、经济和环境的协调发展具有非常重要的意义。
目前蓄冷空调的常用介质为水、冰、共晶盐等。二元冰(binary ice)是近年来世界各国竞相开发研究的新型介质，它是将混合溶液(水与乙二醇或丙二醇溶液)降温至冻结点温度以下产生冰晶，而形成的极细小的冰晶(一般为0.05～0.15mm)与水的混合物。由于其生成形式类似于雪花，即自结晶核以三维空间向外生长而成，生成后成为一种游浆状的液冰，因此它又被称为颗粒流冰、深冷冰(deep chill ice)、液冰(liquid ice)、流冰(fluid ice)、冰浆(ice slurry)和可泵送冰(pumpable ice)等。二元冰是一种可泵送的冰浆，具有液体冰的热力学物理特性，即极好的传热性、很高的冷却性能、高潜热和合理化的能耗，从而能达到极高的制冷效率。与其它介质相比，二元冰冷却速度更快、冷却效果更好(二元冰的制冷容量是冷冻水的4-6倍且其冷却温度更低)。
目前国内外制取二元冰的方法大致可以归纳为以下五种：
(1)刮削制备法
采用海水(或淡水中添加少量盐或乙二醇)制取，制冰主要部件是一冰筒(蒸发器)，冰筒设计成内外套筒结构，制冷工质在内筒和外筒之间蒸发。在内筒中装有快速旋转的机械刮板，由独立电机驱动，刮板紧贴内壁转动以避免冰晶颗粒冻结在筒壁上，海水由内筒下方进入，制成的二元冰由上方流出，由于机械刮板的作用，蒸发器内筒壁有较高的换热系数，但需要消耗额外动力。二元冰的含冰量通常在30％～60％，可根据盐水浓度和蒸发温度进行变化。
(2)过冷水连续制备法
水或水溶液被冷却，其温度低于凝固点时还保持液态，这种状态称作水或水溶液的过冷，它是一种亚稳定状态，过冷水受到扰动后处于过冷状态的水将结冰。过冷水连续制冰是利用此原理发展起来的一种制冰方式。将水控制在非常稳定的流动状态下对其降温，使之达到过冷状态而不让其结冰，目前技术可达-3℃左右。然后通过过冷解除装置，如让流动的过冷水撞击固体表面，突然增加其扰动，破坏过冷状态，使之析出冰晶颗粒，过冷水连续制冰制出的冰通常为泥状冰，是一种冰水混合物，其中的冰晶呈细小的片状或针状。主要缺陷在于过冷器内结冰发生过于频繁，频繁的融冰动作使得系统的可靠性和效率下降。另外，水的过冷度较低也限制了制冰速率的提高。如何增大过冷水的过冷度并保持其稳定性是目前研究的方向。
(3)直接接触式制备法
系统中载冷剂通过换热器获得制冷系统冷量后，温度降至-10℃左右，经喷嘴喷入制冰罐溶液中，溶液获得冷量后温度降低，系统中必须使用特殊溶液，以保证溶液形成二元冰后，载冷剂能从冰浆中析出，使载冷剂回到换热器，为制冰罐循环地提供冷量，从而进行连续动态制冰。当制冰罐中的二元冰达到一定浓度和质量后由重力作用进入储冰罐，储冰罐中的二元冰通过泵输送到用户端，为其提供冷量。释放冷量后二元冰变成液体后返回储冰罐，当储冰罐中二元冰的含冰率低于设定要求时，液体被泵抽回制冰罐中，被重新用于制取二元冰，制冷循环、制冰循环和融冰循环组成了一个动态制冰的蓄冷设备。
(4)下降膜式制备法
下降膜式二元冰制备是在普通垂直满液式壳管式换热器内进行的，其内部的下降膜是由旋转杆在下降的过冷溶液上运动所形成的，为了防止形成的固态冰粘接在管道的内表面上，可通过该旋转杆搅动溶液，并使溶液变为微小的二元冰晶，汇集于槽的底部。通过单独调节吸入压力或溶液的流量或同时调节两者，完成对含冰率及容量的控制。
(5)流化床制备法
荷兰Delft大学J.W.Meewisse[2]在工业用流化床换热器基础上开发了冰浆制取装置。制冷剂在管外蒸发，管内水在向上的紊流中，大量直径1mm～5mm的不锈钢珠频繁地撞击和破碎黏附于壁面的冰晶粒子，可避免冰晶在壁面的沉积并保持较高的传热速率。
上述几种制备方式都存在不少缺点，体现在上述方式由于其制冰过程的特殊性，需要设计特殊的蒸发器。例如，过冷水制冰法对蒸发温度的控制要求非常精确，技术难度甚高，而且经过过冷器一次冷却后的IPF为2％，故达到一定的IPF，水泵的能耗较高，而且过冷器内结冰发生过于频繁，必要的融冰措施降低了系统的可靠性和能效。直接接触式制冰要求相接触的两种介质不互相溶解，因此制冷剂的选择范围较窄，且运行一段时间后存在性能衰减问题。刮削式制冰必须配置有外部电机驱动的旋转叶片，其结构及制造工艺复杂，能耗大，故障率高。流化床制冰法系统运行时必须控制水在壁面的温度和流速，以及冰晶的尺寸，同时需要防止换热管发生冰堵，要同时达到这些控制要求，实现起来较为困难。由于上述制备方式都使用了传统的CFC、HCFC类制冷剂，随着国内外对臭氧层破坏问题的日益关注，已形成对传统制冷剂的冲击，因此，设计出一种新的二元冰制取系统非常重要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种利用热泵节能真空制取二元冰系统，该系统可以针对上述二元冰制取系统的不足，提供出一结构简单、制冰效率高的二元冰制取系统。
本实用新型所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种利用热泵节能真空制取二元冰系统，包括制冰罐、制冰罐上部的水蒸汽排出口、与水蒸汽排出口连接的吸收器以及与吸收器连接的吸收剂再生装置，其特征在于：还包括一热泵，所述热泵包括一制热部分和一制冷部分，所述制冷部分通过管路与制冰罐、吸收器连接，所述制热部分通过管路与吸收剂再生装置相连接。
所述吸收剂为液体吸收剂。
采用二元冰真空制取系统具有如下优势：(1)热效率高。传统的制冰方式存在冰层热阻问题，而二元冰的真空制备是依据水的三相点原理，实现水的蒸发与结冰同时进行，蒸发潜热与凝固潜热直接交换，热效率高，降低制冷的运行成本。(2)结构简单，操作方便。(3)二元冰真空制备过程中供水一般采用喷雾方式，故换热迅速而充分，由于喷嘴出口处水的流速很高，不易发生冰堵。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
参见图1，一种利用热泵节能真空制取二元冰系统，包括制冰罐4、制冰罐上部的水喷淋装置3和水蒸汽排出口10、与制冰罐4通过连接管道相连的真空泵11、水箱1、储冰罐6，所述水喷淋装置3通过连接管道经供水泵2与上游的水箱1相连，所述制冰罐4通过连接管道经冰浆泵5与下游的储冰罐6相连，
还包括装有吸收剂的吸收器7、回水泵9，在吸收器7和回水泵9之间设置有吸收剂再生装置8。吸收剂再生装置8通过管路和吸收器7构成循环。
还包括一热泵12，所述热泵包括一制热部分和一制冷部分，所述制冷部分通过管路与制冰罐、吸收器连接，所述制热部分通过管路与吸收剂再生装置相连接。
所述吸收剂为液体吸收剂。
运行该系统时，首先开启真空泵11，抽取制冰罐4和吸收器6内的空气，使制冰罐4储冰罐6内的压力降至预定压力，然后运行吸收器1和吸收剂再生装置8，继而开启供水水泵2，使水箱1中的水经供水水泵2输送至水喷淋装置3。水喷淋装置3喷出的细小水滴在制冰罐4内水滴闪蒸，水蒸汽与结冰同时进行，形成的二元冰积聚在制冰罐4的底部。制冰罐4内水滴闪蒸出的水蒸汽造成罐中压力增大，打开排气阀，经空气与水蒸汽排出口10被吸收器7内的吸收剂吸收。热泵12工作，将吸收器7和制冰罐4的热量提供给吸收剂再生装置8。吸收剂吸收水蒸气后经吸收剂再生装置8再生后重复利用，吸收剂再生后分离出的水由回水泵9通过管路输送至水箱1，以达到回收利用的目的。工作一段时间后，开启冰浆泵5，将制冰罐4底部积聚的二元冰浆经管路输送至储冰罐6供用户使用。
本实用新型采用带热泵的溶液驱动的真空制二元冰系统，大大提高了系统热效率，降低制冷的运行成本，达到节能的目的。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1、一种利用热泵节能真空制取二元冰系统，包括制冰罐、制冰罐上部的水蒸汽排出口、与水蒸汽排出口连接的吸收器以及与吸收器连接的吸收剂再生装置，其特征在于：还包括一热泵，所述热泵包括一制热部分和一制冷部分，所述制冷部分通过管路与制冰罐、吸收器连接，所述制热部分通过管路与吸收剂再生装置相连接。
2、根据权利要求1所述的一种利用热泵节能真空制取二元冰系统，其特征在于，所述吸收剂为液体吸收剂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106839549A (zh) * 2016-12-29 2017-06-13 浙江海洋大学 一种渔船主机余热真空制取流化冰装置

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