CN206362036U - 一种直接式过冷水动态制冰系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及冰蓄冷技术领域，公开了一种直接式过冷水动态制冰系统，包括制冷单元、制冰单元和自融冰单元；制冷单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：压缩机、冷凝器、膨胀阀、过冷却器的第一流道；制冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：蓄冰槽、第一泵、过冷却器的第三流道；自融冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：液态介质存储器、第二泵、过冷却器的第二流道；过冷却器的第三流道能分别与第一流道、第二流道进行热交换，第三流道与第一流道换热后产生过冷水。本实用新型提供的直接式过冷水动态制冰系统，利用制冷剂与冷水直接换热产生过冷水制冰，制冰效率高，成本低，节省能源。
Description
技术领域
本实用新型涉及冰蓄冷技术领域，特别是涉及一种直接式过冷水动态制冰系统。
背景技术
冰蓄冷是一种利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，用于减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量的技术。冰蓄冷是电力移峰填谷的重要手段。
冰蓄冷中的关键技术是制冰。现有技术中的制冰方式主要有静态制冰和间接式动态制冰：静态制冰是在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身处于相对静止的状态；动态制冰制得的冰浆又称流态冰，具有良好的流动和传热特性。静态制冰技术中，由于冰层的存在，制冷单元蒸发温度低于-10℃以下，制冰能耗高，取冷不便。间接式动态制冰方法中的过冷法制冰是目前研究最为广泛的一种基于水过冷结晶原理制冰的方法。水在过冷器中被冷却至冰点以下，维持过冷态被输送至蓄冰槽，解除过冷态后生成冰水混合物，即冰浆或冰水混合物。
现有技术中的过冷水制冰方法，需使用载冷剂进行二次换热，制冰效率受到影响，且载冷剂循环系统会提高制冰设备的初投资。此外，过冷水在过冷器中处于亚稳定状态，极易在运动过程中在通道表面结冰，发生冰堵现象，降低过程中的换热效率，阻碍水流，无法保证冰浆制取的连续性。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型的目的是提供一种直接式过冷水动态制冰系统，以解决现有的冰蓄冷技术中换热效率低的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种直接式过冷水动态制冰系统，包括制冷单元、制冰单元和自融冰单元；
所述制冷单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：压缩机、冷凝器、膨胀阀、过冷却器的第一流道，所述制冷单元的管路中通有制冷剂；
所述制冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：蓄冰槽、第一泵、过冷却器的第三流道，用于解除过冷的过冷却解除器设置在所述蓄冰槽内，或设置在第三流道的出口与所述蓄冰槽的入口之间；所述制冰单元的管路内通有冷水；
所述自融冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：液态介质存储器、第二泵、过冷却器的第二流道；所述液态介质存储器设置在所述压缩机与冷凝器之间，且所述液态介质存储器内的液态介质能与所述压缩机出口管路内的制冷剂进行热交换；
过冷却器的第三流道能分别与所述第一流道、第二流道进行热交换，所述第三流道与所述第一流道换热后产生过冷水。
其中，所述自融冰单元中设有控制管路通断的电磁阀。
其中，当所述第一流道的压力高于预设压力值或过冷水流量低于预设流量值时，所述第二泵和所述电磁阀同时开启。
其中，所述制冰单元中设有用于调节过冷水流量的流量调节阀。
其中，所述第一泵与所述第三流道的入口之间设有冰晶过滤器。
其中，所述液态介质存储器的进口与出口之间设有隔板，用于改变液态介质流向。
其中，所述过冷却解除器的出口管路延伸至所述蓄冰槽内以形成出冰管路，所述出冰管路的出口设有向上的折弯。
(三)有益效果
本实用新型提供的直接式过冷水动态制冰系统，通过采用三流道式过冷却器，使得制冷单元中的制冷液与制冰单元中的冷水直接换热产生过冷水，避免了采用载冷剂进行二次换热制取过冷水，降低了能量消耗，提升了制冰效率；载冷剂循环系统的消减，减少了设备初投资，节约了成本；自融冰单元使用系统自产热消除冰堵现象，避免了对外部能量的依赖，同时节约了能源，降低了制冰成本设备成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例中直接式过冷水动态制冰系统示意图；
图2为图1中的液态介质存储器结构示意图；
图中，1、压缩机；2、电磁阀；3、第二泵；4、液态介质存储器；5、冷凝器风机；6、冷凝器壳体；7、膨胀阀；8、过冷却器；9、流量调节阀；10、电磁流量计；11、冰晶过滤器；12、第一泵；13、蓄冰槽；14、出冰管路；15、过冷却解除器；401、隔板；402、盘管；403、液态介质。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
图1为本实用新型实施例中直接式过冷水动态制冰系统示意图；图2为图1中的液态介质存储器结构示意图。
如图1所示，本实施例提供一种直接式过冷水动态制冰系统，包括制冷单元、制冰单元和自融冰单元。
制冷单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：压缩机1、冷凝器、膨胀阀7、过冷却器8的第一流道，制冷单元的管路中通有制冷剂。
制冷单元是利用制冷剂汽化时吸热、冷凝时放热的效应来实现制冷的。当制冷剂处在密闭容器中时，此容器中除了制冷剂及制冷剂本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体。制冷剂和制冷剂蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。达到平衡时制冷剂不再汽化，此时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体制冷剂必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。液体制冷剂汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却的对象，使被冷却对象温度降低。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，当蒸汽凝结成液态后再回到容器中去，如此循环即可不断吸取被冷却物质的热量，形成制冷循环系统。
本实施例中的压缩机1将输入的制冷剂压缩后，形成高温高压的过热蒸汽。压缩机1与冷凝器之间通过铜管连接，过热蒸汽沿铜管形成的管路输送至冷凝器，过热蒸汽在进入冷凝器之前，先经过液态介质存储器，在液态介质存储器中，铜管内的过热蒸汽与液态介质进行换热，将部分热量存储在液态介质中。冷凝器属于换热器的一种，能将内部管子中的高温物质的热量以很快的方式传到管子附近的空气中，冷凝器工作过程是个放热的过程。高温高压的蒸汽通过冷凝器后，热量传递给环境中的空气，温度降低，形成中温高压的液态制冷剂，输出至膨胀阀7。冷凝器中的冷凝器风机5运转，不断地将环境中的空气送入冷凝器壳体6中，实现不间断的热交换过程。中温高压的液态制冷剂通过膨胀阀7的节流变为低温低压的汽液混合态的制冷剂，输出至过冷却器8的第一流道，在第一流道内的汽液混合态制冷剂与第三流道内的冷水进行换热后，变为低温低压的气态制冷剂，再被压缩机1吸入后压缩，变为高温高压的蒸汽，完成一个循环。整个循环过程中，制冷剂不与外界的空气接触。
制冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：蓄冰槽13、第一泵12、和过冷却器8的第三流道，用于解除过冷的过冷却解除器15设置在蓄冰槽13内，或设置在第三流道的出口与蓄冰槽13的入口之间；制冰单元的管路内通有冷水。
制冰单元的原理是通过制造过冷水，再通过解过冷操作，使得过冷水产生晶核，进而凝结为冰晶，生成冰浆，即流态冰。过冷水是在0℃以下仍然保持液态的冷水，因为水中缺少凝结核，液态水即使处于0℃以下，依然没办法凝结形成冰。过冷水是不稳定的，只要水体中产生少许该物质的晶核，便能诱发过冷水结晶，并使其温度回升到凝固点，即过冷水通常处在亚稳态，在微小扰动下就会很快转变为稳定状态。
本实用新型中的制冰单元即利用解除过冷水的亚稳态制冰。蓄冰槽13中储存的是冰水混合物，既有由过冷水制得的冰晶，也有未结冰的0℃水。第一泵12将蓄冰槽13中的水泵出后，通过管路输送至过冷却器8的第三流道，第一流道中流通的是低温低压的汽液混合态制冷剂，此时第一流道与第三流道接触，制冷剂吸收第三流道中0℃水的热量，使第三流道中冷水的温度继续降低，此时由于0℃水中不含任何杂质和冰晶，虽然水的温度降低，但不会凝结出冰晶，进而产生过冷水。过冷水由第三流道输出至蓄冰槽13中。过冷水从第三流道的输出口进入蓄冰槽13之前，需要通过冷却解除器15进行解过冷操作，即破坏过冷水的亚稳态。例如，过冷却解除器15可以采用超声波发生器，可以是能产生高速气流的装置，或者能在过冷水流动过程中产生扰动的装置。本实施例中采用超声波发生器，超声波发生器产生的超声波使过冷水振动产生晶核，进而使过冷水凝结生成冰浆并送入蓄冰槽13中。或者，超声波发生器也可设置在蓄冰槽13的内部，对处于蓄冰槽13中的过冷水进行解过冷。制冰单元的管路内流通冷水，冷水流通过程中会有多种状态，先变为过冷水，过冷水解过冷后变为冰浆进入蓄冰槽13，在蓄冰槽13中冰水分离，冰通常飘在水面上层或悬浮在上层，在蓄冰槽13底部基本不含冰晶。第一泵12从蓄冰槽13底部将分离后的水泵至第三流道，完成一次过冷水的制取流程。如此多次循环使蓄冰槽13中的冰得到积累，进而储存大量的冷能。
所述自融冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：液态介质存储器4、第二泵3、过冷却器8的第二流道。液态介质存储器4中盛放水或其他溶液，例如可以是氯化钠溶液等结冰点低于0℃的溶液。液态介质存储器4设置在压缩机1与冷凝器之间，压缩机1与冷凝器之间采用铜管连接，这段铜管以盘管402的形式经过液态介质存储器4，如图2所示。盘管402内的制冷剂与液态介质403进行换热，液态介质403温度升高，制冷剂的温度降低，由高温高压的过热蒸汽变为高温高压的饱和蒸汽后，进入冷凝器。此时的液态介质403温度较高。过冷水在第三流道内流动的过程中，受容器或外界环境影响，容易发生冰堵现象，即会在第三流道的通道内产生冰晶，冰晶积累到一定程度会造成第三流道的堵塞。此时可以启动融冰操作，通过第二泵3将温度较高的液态介质403泵至第二流道，实现第二流道内的液态介质403与第三流道内的过冷水换热，此时的第三流道和第一流道均停止运作。第三流道内的冰吸收第二流道内的液态介质403的热量后融化，使第三流道得到疏通，实现融冰的目的。融冰后，可以关闭自融冰单元，即关闭第二泵3，运行制冷单元和制冰单元，继续制冰工作。
图1中的黑色箭头表示液体的流向。
本实用新型提供的直接式过冷水动态制冰系统，通过采用三流道式过冷却器，使得制冷单元中的制冷液与制冰单元中的冷水直接换热产生过冷水，避免了采用载冷剂进行二次换热制取过冷水，降低了能量消耗，提升了制冰效率；载冷剂循环系统的消减，减少了设备初投资，节约了成本；自融冰单元使用系统自产热消除冰堵现象，避免了对外部能量的依赖，同时节约了能源，降低了制冰成本设备成本。
在上述实施例的基础上，自融冰单元中还设有控制管路通断的电磁阀2。通过设置电磁阀2，可以方便地对自融冰单元中管路进行接通和切断控制。因为在制冰过程中，自融冰单元并不需要一直工作，只需要在发生冰堵现象时工作即可。设置电磁阀有利于方便地控制管路的通断。
在上述实施例的基础上，在第一流道内设置压力传感器或流量传感器，用于检测流道内的实时压力，当第一流道的压力高于预设压力值或过冷水流量低于预设流量值时，开启第二泵3和电磁阀2，接通融冰环路，将温度较高的液态介质403中热量传至过冷水和冰的混合液中，实现化冰的目的。这样操作的目的是避免了自融冰单元的持续工作，持续工作的自融冰单元既消耗能量，同时还会降低过冷水的产出率。通过设置对比机制，只在需要融冰时才启动自融冰单元，既节省能源，又能使系统连续高效运行。
在上述实施例的基础上，制冰单元中设有用于调节过冷水流量的流量调节阀9。例如，制冰期间，环境温度的变化会影响制冷单元输出的冷量，冷量的变化会影响过冷水的过冷度，通过设置流量调节阀9来对过冷水的流量进行调节。流量调节阀9设置在冷水进入第三流道之前的管路中，流量调节阀9可以采用电动比例调节阀，通过调节电动比例调节阀的开度来调节进入第三流道的冷水的流量，用来保证产生的过冷水维持合适的过冷度，进而能稳定产生冰浆。还可以在制冰单元的管路中设置电磁流量计10，用来实时监测通过的冷水的流量，方便控制。
在上述实施例的基础上，第一泵12与第三流道的入口之间设有冰晶过滤器11。冰晶过滤器11通常与第一泵12的出口处相连，用来过滤冷水中小冰晶，使得进入第三流道的冷水中不含晶核，进而保证过冷水的正常产生。第一泵12需要将蓄冰槽13中的冷水泵至第三流道中，而蓄冰槽13中通常是冰水混合物，当冰量较多时，会在蓄冰槽13的底层中也存在少量的小冰晶，在泵的吸力作用下，很容易进入第三流道中，这样在第三流道中就容易产生冰堵现象，而设置冰晶过滤器11对进入第三流道的冷水进行过滤，即减小了冰堵发生的几率，提高制冰效率。
在上述实施例的基础上，液态介质存储器4的进口与出口之间设有隔板401，用于改变液态介质流向。如图2中所示，液态介质存储器4中盛放液态介质403，用来吸收盘管402中的制冷剂的热量，温度升高，当自融冰单元启动，液态介质403开始循环。开启第二泵3，液态介质403从液态介质存储器4的出口流出，输送至第二流道，此时的液态介质403温度较高，高于第三流道中的过冷水的温度，液态介质403放热，将第三流道中的冰逐渐融化，液态介质403温度降低，受第二泵3的驱动，低温的液态介质403从液态介质存储器4的进口流入，形成一个循环回路。如图2中所示的液态介质存储器4，进口与出口在同一侧，在液态介质403较少的情况下，若不设置隔板401，可能发生液态介质403直接从进口流向出口的现象，而不淹没盘管402，此时就不会发生换热现象，液态介质存储器4也就失去了其作用，这就是液态介质403流路短路现象。设置隔板401后，隔板401可以改变液态介质403的流向，液态介质403在存储器内部流动时往复折返，实现换热，避免了这种短路现象。
在上述实施例的基础上，过冷却解除器15的出口管路延伸至蓄冰槽13内以形成出冰管路14，出冰管路14的出口设有向上的折弯。如图1中所示，出冰管路14有一个向上的折弯，目的是减缓进入蓄冰槽13中冰浆的速度。冰浆在泵的作用下会产生较大的冲力，若出冰管路14竖直向下，冰浆在冲力作用下有可能直接冲至蓄冰槽13底部，再在第一泵12的作用下流向第三流道，这样既会导致第三流道发生冰堵现象，又浪费了制造出来的冰晶，使得制冰效率下降。将出冰管路14设置向上的折弯，会很好地起到缓冲作用，降低冰浆向下的冲力，使得冰浆较缓慢地落入蓄冰槽13中，提高制冰效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，包括制冷单元、制冰单元和自融冰单元；
所述制冷单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：压缩机、冷凝器、膨胀阀、过冷却器的第一流道，所述制冷单元的管路中通有制冷剂；
所述制冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：蓄冰槽、第一泵、过冷却器的第三流道，用于解除过冷的过冷却解除器设置在所述蓄冰槽内，或设置在第三流道的出口与所述蓄冰槽的入口之间；所述制冰单元的管路内通有冷水；
所述自融冰单元包括通过管路顺次连接以形成闭合回路的：液态介质存储器、第二泵、过冷却器的第二流道；所述液态介质存储器设置在所述压缩机与冷凝器之间，且所述液态介质存储器内的液态介质能与所述压缩机出口管路内的制冷剂进行热交换；
过冷却器的第三流道能分别与所述第一流道、第二流道进行热交换，所述第三流道与所述第一流道换热后产生过冷水。
2.如权利要求1所述的直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，所述自融冰单元中设有控制管路通断的电磁阀。
3.如权利要求2所述的直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，当所述第一流道的压力高于预设压力值或过冷水流量低于预设流量值时，所述第二泵和所述电磁阀同时开启。
4.如权利要求1所述的直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，所述制冰单元中设有用于调节过冷水流量的流量调节阀。
5.如权利要求1所述的直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，所述第一泵与所述第三流道的入口之间设有冰晶过滤器。
6.如权利要求1-5任一项所述的直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，所述液态介质存储器的进口与出口之间设有隔板，用于改变液态介质流向。
7.如权利要求1-5任一项所述的直接式过冷水动态制冰系统，其特征在于，所述过冷却解除器的出口管路延伸至所述蓄冰槽内以形成出冰管路，所述出冰管路的出口设有向上的折弯。
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| CN201621421015.6U CN206362036U (zh) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | 一种直接式过冷水动态制冰系统 |
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| CN201621421015.6U CN206362036U (zh) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | 一种直接式过冷水动态制冰系统 |
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| CN201621421015.6U Active CN206362036U (zh) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | 一种直接式过冷水动态制冰系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106500421A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-03-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直接式过冷水动态制冰系统 |
| CN110486997A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-11-22 | 浙江海洋大学 | 一种二次结冰降低流化冰制取过程中水过冷度的方法 |
-
2016
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106500421A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-03-15 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种直接式过冷水动态制冰系统 |
| CN110486997A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-11-22 | 浙江海洋大学 | 一种二次结冰降低流化冰制取过程中水过冷度的方法 |
| CN110486997B (zh) * | 2019-07-10 | 2021-06-25 | 浙江海洋大学 | 一种二次结冰降低流化冰制取过程中水过冷度的方法 |
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