CN220018269U - 一种环保高效多功能热交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保高效多功能热交换装置，包括立式蒸发器、集成化搅拌器，使用时载冷液从进液口进入立式蒸发器内，载冷液从若干个换热管往下流，换热管外侧的空腔里装满了制冷剂，载冷液往下流的过程中冷热不断交换，再加上搅拌杆在换热管里不断搅拌，所以载冷液快速制冷形成冰浆，最后落在冰晶汇流室内，绞龙启动将冰浆强制推出出冰口，转入下道工序。本发明在蓄冰制冷时采用集成化搅拌器、立式蒸发器、冰晶汇流室同时协同工作，制冰速度快，能效好，省时省力，减少用工成本，工作效率提高。

Description

一种环保高效多功能热交换装置

技术领域

本发明属于蓄冰制冷技术领域，具体涉及一种环保高效多功能热交换装置。

背景技术

现有的蓄冰制冷和冷冻提纯分为水蓄冷和冰蓄冷两种，由于水的比热约为4.2KJ/KgK，冰雪相变潜热约为335KJ/kg，若水蓄冷的蓄冷温差(与空调供水回水温差相同)为八摄氏度，其单位需冷量约为33.6KJ/kg，仅为冰蓄冷方式的百分之十左右，在蓄冷量相同的前提下，水蓄冷水池容积约为冰蓄冷水池容积的七至八倍左右，尽管水蓄冷的制冷能效比(EER≈5.0)较高，但鉴于建筑面积和工程造价等因素的限制，工程上一般采用冰蓄冷方式蓄冷，以提高蓄冷量，降低运行成本。

现在正常的冰蓄冷原理是：

1、静态制冰：即在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身处于相对静止状态，在静态制冰过程中，随着制冰量的增加，水与冷源之间的热阻逐渐增大，制冰率因而减小，能量损失增加。典型的应用是冰球制冰和盘管外制冰。尽管静态制冰系统简单，运行稳定，易于实现，但是它存在冰的静态形成过程换热效率低，融冰过程负荷跟随性差,系统复杂，成本高投资大，尤其不能实现超大规模低成本高效蓄冰；

2、动态制冰：制冰过程中一般伴随有冰晶、冰浆生成，且冰晶、冰浆处于运动状态。由于不产生不断长厚的冰层，因而水与冷源之间热阻并不随制冰过程的进行而改变，制冰过程中一直保持较高的热交换效率，制冷机可以在较佳工况下运行。动态制冰的系统中，目前比较先进的方法是通过对过冷水激发而产生冰晶、冰浆。过冷水是指纯净水温度下降到0℃以下一个阶段内，不会马上结冰的水，这是一种亚稳定的状态，当“过冷水”超过一定的临界温度或者通过超声波等方式进行激发时，就会解除过冷状态，产生冰晶，最后生成冰水混合物或冰浆，这个过程一般在促晶器容器中实现。过冷水式动态冰浆制取技术被广泛应用于中央空调蓄冷、工艺冷却、交通运输、农产品和渔业保鲜等领域，具有十分广阔的市场前景。由于过冷水是一种亚稳定的状态，因此有时候过冷水还没有流经后端的促晶器，就已经在过冷换热器里面被激发而结冰，从而造成换热器堵塞、制冰系统停机和重启，严重影响运行效率。过冷水在换热器当中结冰而堵塞的现象，经常出现在冷媒与清水直接换热的过冷水制冰系统中。由于冷媒的沸腾相变换热系数很大，很容易在换热器中产生局部低温，使另外一侧的过冷水低于临界温度而结出冰晶，最终造成堵塞和系统停机。因此，为了确保系统运行的稳定性，目前的过冷水动态制冰系统，往往使用载冷剂进行二次换热：首先冷媒与载冷剂在“一次板式换热器”进行换热，降温后的载冷剂再进入“二次板式换热器”与清水进行换热，把清水降温冷却到过冷状态。由于载冷剂在换热过程中始终处于液体状况，没有发生相变，因此不会产生由于局部低温而造成冰晶堵塞的现象，系统运行相对比较稳定。但是，采用载冷剂的方式也有很多不足之处：由于经过了二次换热，使得过冷水制冰系统整体的效率比较低，运行成本较高；另外，需要额外增加载冷剂循环系统，也提高了设备的初投资。

因此需要对蓄冰制冷的技术进行研究和改革，克服上述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种环保高效多功能热交换装置，布液均匀，换冷充分，制冰速度快，能效好，出冰浆流畅快速，工作效率高。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种环保高效多功能热交换装置，包括立式蒸发器与集成化搅拌器，

所述集成化搅拌器设置在立式蒸发器上方，集成化搅拌器包括3-10组动力输出组件，每组动力输出组件包括变频电机、主动齿轮和若干从动齿轮，所述变频电机设置在立式蒸发器端盖上方，变频电机通过输出轴连接主动齿轮，所述主动齿轮连接若干从动齿轮，每个主动齿轮与从动齿轮下方设有同轴的搅拌杆；

所述立式蒸发器外表设有外壳，所述外壳内部从上到下设有齿轮箱、加液区、换热区、冰晶汇流室，所述主动齿轮和若干从动齿轮设置在齿轮箱内，加液区一侧设有进液口，所述换热区内设有若干竖直的换热管，所述搅拌杆插入换热管内，换热区侧下方设有制冷剂进液管，换热区侧上方设有制冷剂出液管，所述冰晶汇流室内设有绞龙，冰晶汇流室一侧设有出冰口，另一侧设有伺服电机连接绞龙。

作为本发明的一种改进，所述外壳的外部均设有保温棉。

作为本发明的一种改进，所述搅拌杆上设有螺旋叶片。

作为本发明的一种改进，所述搅拌杆下方设有配重铁块。

作为本发明的一种改进，所述一个主动齿轮在中间，其它的从动齿轮依序排列在主动齿轮的外缘一周，从动齿轮外圈继续啮合从动齿轮。

作为本发明的一种改进，换热管上端和下端均嵌有防磨套，搅拌杆上设有限位块，所述限位块上设有圆孔，冰晶汇流室内设有搅拌杆下限位盘总成，搅拌杆下限位盘总成上设有搅拌杆限位衬套与落冰孔。

作为本发明的一种改进，外壳侧面设有制冷剂液位感应开关、压力安全阀和制冷剂液位观察口。

作为本发明的一种改进，出冰口设有流量感应开关。

作为本发明的一种改进，齿轮箱上方设有加油孔，齿轮箱内部设有油泵。

作为本发明的一种改进，齿轮箱上搅拌轴的出口处设有耐低温密封圈。

本发明的有益效果为：

(1)蓄冰制冷时采用集成化搅拌器、立式蒸发器、冰晶汇流室同时协同工作，换热效率高，制冰速度快，能效好，省时省力，减少用工成本，工作效率提高五倍以上；

(2)换热内设有搅拌杆，载冷液通过时换冷充分、快捷；

(3)换热区的换热管外侧内腔内可以运行各种类型制冷剂，集成化搅拌器下部载冷剂流经腔室和换热管管内腔室和冰晶汇流室内可以运行各种液体物料，即可蓄冰制冷也可以冷冻提纯，兼容性好，用途广泛；

(4)在载冷液通过换热管时，螺旋叶片式的搅拌杆能够强制将冰浆向下推动，冰浆通过换热管效果流畅，不会冻在管内，冰浆制成后集流至冰晶汇流室，在绞龙的作用下，出冰浆流畅快速；

(5)根据物料的性状及产品工艺要求，可以通过调节变频电机的转速来控制搅拌杆以及绞龙的速度与节奏，从而达到最好的运行工况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明所述的动力输出组件示意图。

图3为本发明所述的换热区示意图。

图4为本发明所述的搅拌杆下限位盘总成示意图。

图5为本发明所述的搅拌杆示意图。

图6为本发明所述的防磨套与限位块的装配图。

附图标识列表：

1、立式蒸发器，2、集成化搅拌器，3、动力输出组件，4、变频电机，5、主动齿轮，6、从动齿轮，7、搅拌杆，8、外壳，9、齿轮箱，10、加液区，11、换热区，12、冰晶汇流室，13、进液口，14、换热管，15、制冷剂进液管，16、制冷剂出液管，17、绞龙，18、出冰口，19、伺服电机，20、保温棉，21、螺旋叶片，22、配重铁块，23、防磨套，24、限位块，25、圆孔，26、搅拌杆下限位盘总成，27、搅拌杆限位衬套，28、落冰孔，29、制冷剂液位感应开关，30、压力安全阀，31、制冷剂液位观察口，32、流量感应开关，33、加油孔，34、油泵，35、耐低温密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图所示，本发明所述的一种环保高效多功能热交换装置，包括立式蒸发器1与集成化搅拌器2，所述集成化搅拌器2设置在立式蒸发器1上方，集成化搅拌器2包括3-10组动力输出组件3，每组动力输出组件3包括变频电机4、主动齿轮5和若干从动齿轮6，所述变频电机4设置在立式蒸发器1端盖上方，变频电机4通过输出轴连接主动齿轮5，所述主动齿轮5连接若干从动齿轮6，每个主动齿轮5与从动齿轮6下方设有同轴的搅拌杆7；所述立式蒸发器1外表设有外壳8，所述外壳8内部从上到下设有齿轮箱9、加液区10、换热区11、冰晶汇流室12，所述主动齿轮和若干从动齿轮设置在齿轮箱内，加液区一侧设有进液口13，所述换热区内设有若干竖直的换热管14，所述搅拌杆7插入换热管14内，换热区侧下方设有制冷剂进液管15，换热区侧上方设有制冷剂出液管16，所述冰晶汇流室内设有绞龙17，冰晶汇流室一侧设有出冰口18，另一侧设有伺服电机19连接绞龙。

本发明所述的换热区11有上百个换热管14，如图3所示，相对应的也有数百个搅拌杆7插入每个换热管14内，如果都是用数百个电机来带动搅拌杆的不可能的，所以本申请设计了集成化搅拌器2，集成化搅拌器2包括3-10组动力输出组件3，如图2所示，每组动力输出组件3包括一个主动齿轮5和15个从动齿轮6，一个主动齿轮5在中间，其它的从动齿轮6依序排列在主动齿轮5的外缘一周(从动齿轮外圈可以继续啮合从动齿轮)；变频电机4带动主动齿轮5旋转，主动齿轮5带动15个从动齿轮6旋转，每个齿轮都会带动一个搅拌杆7旋转，这样每组动力输出组件3就可以带动16个搅拌杆旋转，10组动力输出组件3就可以带动160个搅拌杆旋转，10个变频电机4放在立式蒸发器1端盖上方也能够放得下。

使用时载冷液(也就是制冰的水)从进液口13进入外壳8内，由于加液区10处于齿轮箱9与换热区11之间，加液区10本身是空的，所以可以快速加入大量的载冷液，载冷液从若干个换热管14往下流，换热管14外侧的空腔里装满了制冷剂，载冷液在通过换热管14往下流的过程中与其外壁腔内的制冷剂不断交换冷量，再加上搅拌杆不断搅拌，所以载冷液快速制冷形成冰浆(此时还不是冰块，必须是可流动的冰浆，否则会冻在流液管14内，无法流动)，最后落在冰晶汇流室12内，绞龙启动将冰浆推出出冰口18，转入下道工序。本发明在蓄冰制冷时采用集成化搅拌器、立式蒸发器、冰晶汇流室同时协同工作，制冰速度快，能效好，省时省力，减少用工成本，工作效率提高五倍以上，另外由于每个换热管14里都增加了搅拌杆7，载冷液通过时换冷充分、快捷，更加提高了工作效率。

本发明搅拌杆7为强度高、耐腐蚀的铜、铁、铝的材质或复合型金属或其它复合型材料制成的，坚固耐用，性能稳定，维修率低；所述搅拌杆7上设有螺旋叶片21，如图5所示，对水流及半流体有很好的推动、搅动作用，可以有效地搅动水流推动冰浆向下。

由于换热管14有近2米长，搅拌杆7也差不多长度，本发明在所述搅拌杆下方设有配重铁块22，使搅拌杆7与齿轮始终保持同心状态，让搅拌杆7在搅拌运行时抵消载冷液的反向应力，使得搅拌杆8整体不往上窜。

另一方面，搅拌杆7转动时容易晃动，时间一长将换热管14磨坏，整个设备就基本报废了，为了防止这种情况发生，本发明在换热管14上端嵌有陶瓷的防磨套23，搅拌杆上设有限位块24，所述限位块上设有圆孔25，这个限位块24是活动的，限位块24分为上板与下块，使用时上板盖在换热管14上方，下块伸入防磨套23内，下块与防磨套23内壁之间留0.5mm的间隙，搅拌杆转动时上端就被束缚住只能沿轴线旋转，下端被搅拌杆限位衬套27束缚住，搅拌杆限位衬套27安装在搅拌杆下限位盘总成26上，搅拌杆下限位盘总成26设置在冰晶汇流室12的上方，搅拌杆下限位盘总成26上还有若干落冰孔28，如图4所示，工作时载冷液从进液口13进入外壳8内，从圆孔25进入各个换热管14内，最终冰浆从落冰孔28落入绞龙17上，强制性的将冰浆排出。

本发明所述的主动齿轮5和从动齿轮6，都是由变频电机4带动，变频电机4可以控制搅拌杆的搅拌速度与节奏，从而达到最佳的运行工况，同理，绞龙连接的是伺服电机19，也能够控制绞龙的运行速度与推冰的节奏，确保生产节拍。另外可以在出冰口18设有流量感应开关32，监控出冰浆的量。

换热区的换热管14外侧内腔内可以运行各种类型制冷剂，集成化搅拌器2下部载冷剂流经腔室和换热管14管内腔室和冰晶汇流室内可以运行各种液体物料，即可蓄冰制冷也可以冷冻提纯，兼容性好，用途广泛。

由于本发明是一种制冰装置，很冷，所以本发明所述外壳8的外部夹层内均设有保温棉20，既不会冻坏操作者，也能够确保冷量不外流。

本发明外壳8侧面设有制冷剂液位感应开关29、压力安全阀30和制冷剂液位观察口31，设备运行时可以有效地监测其运行工况，冷量损失小，节能减排，方便安全。

为了确保集成化搅拌器2的正常运行，需要对齿轮经常性加油保养，本发明将润滑油41浸没密封在齿轮箱9内密封运行，齿轮箱上方设有加油孔33，齿轮箱9内部设有油泵34，油泵定时往齿轮上喷油，使得相关联部件得到充分润滑，从而大大提高了集成化搅拌器2的使用寿命，充分的提高了各部件之间的运行稳定性，降低了各部件之间的磨损，降低维修成本。在齿轮箱9上搅拌轴的出口处设有耐低温密封圈35，确保不漏油。

需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：包括立式蒸发器(1)与集成化搅拌器(2)，

所述集成化搅拌器(2)设置在立式蒸发器(1)上方，集成化搅拌器(2)包括3-10组动力输出组件(3)，每组动力输出组件(3)包括变频电机(4)、主动齿轮(5)和若干从动齿轮(6)，所述变频电机(4)设置在立式蒸发器(1)端盖上方，变频电机(4)通过输出轴连接主动齿轮(5)，所述主动齿轮(5)连接若干从动齿轮(6)，每个主动齿轮(5)与从动齿轮(6)下方设有同轴的搅拌杆(7)；

所述立式蒸发器(1)外表设有外壳(8)，所述外壳(8)内部从上到下设有齿轮箱(9)、加液区(10)、换热区(11)、冰晶汇流室(12)，所述主动齿轮(5)和若干从动齿轮(6)设置在齿轮箱(9)内，加液区一侧设有进液口(13)，所述换热区(11)内设有若干竖直的换热管(14)，所述搅拌杆(7)插入换热管(14)内，换热区(11)侧下方设有制冷剂进液管(15)，换热区(11)侧上方设有制冷剂出液管(16)，所述冰晶汇流室(12)内设有绞龙(17)，冰晶汇流室一侧设有出冰口(18)，另一侧设有伺服电机(19)连接绞龙。

2.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：所述外壳(8)的外部均设有保温棉(20)。

3.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：所述搅拌杆(7)上设有螺旋叶片(21)。

4.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：所述搅拌杆(7)下方设有配重铁块(22)。

5.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：所述一个主动齿轮(5)在中间，其它的从动齿轮(6)依序排列在主动齿轮(5)的外缘一周，从动齿轮外圈继续啮合从动齿轮。

6.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：换热管(14)上端嵌有防磨套(23)，搅拌杆上设有限位块(24)，所述限位块上设有圆孔(25)，冰晶汇流室内设有搅拌杆下限位盘总成(26)，搅拌杆下限位盘总成(26)上设有搅拌杆限位衬套(27)与落冰孔(28)。

7.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：外壳(8)侧面设有制冷剂液位感应开关(29)、压力安全阀(30)和制冷剂液位观察口(31)。

8.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：出冰口(18)设有流量感应开关(32)。

9.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：齿轮箱(9)上方设有加油孔(33)，齿轮箱内部设有油泵(34)。

10.根据权利要求1所述的一种环保高效多功能热交换装置，其特征在于：齿轮箱(9)上搅拌轴的出口处设有耐低温密封圈(35)。