雙層蒸髮式過冷水製取流態冰裝置的製作方法

2023-09-22 09:54:50 1

專利名稱：雙層蒸髮式過冷水製取流態冰裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用過冷水製取流態冰的方法及其裝置。
背景技術：
隨著能源緊張局面的凸現，製冷空調設備的廣泛應用導致的空調系統能耗問題引起了 當前社會界的普遍關注，節能成為製冷領域內在新形勢下的迫切需求，我國也提出可持續 性發展的建國戰略。冰蓄冷作為一種節能設計的思路有著重要的意義，而流態冰以其良好 的熱力特性成為冰蓄冷的首選。
現有冰蓄冷空調中採用過冷水動態製取流態冰方式與傳統的靜態製冰方式相比，由於 冷媒與水之間的傳熱熱阻較小，而且不會隨著制出冰量的增加而增加，所以減少了一定的 能量損失，提高了製冰的效率。過冷水動態製冰流程為水在過冷卻器中冷卻至過冷狀態， 水溫低於0°C。然後經過過冷水解除裝置消除其過冷狀態，成為冰水混合物，經過冰水分 離後，將冰儲存起來，水循環利用。此種過冷水動態製取流態冰方法的重要缺陷在於過冷 水易於在管內凍結並產生冰堵，導致系統穩定性大大降低，甚至無法運行。 空氣與水滴直接接觸時，在水滴的周圍會形成一個溫度等於水滴表面溫度的飽和空氣邊界 層，此時邊界層內水蒸汽分子的濃度或水蒸汽分壓力只取決於水滴表面的溫度，當這個飽 和水蒸汽分子的濃度或飽和水蒸汽分壓力大於外界空氣的水蒸氣分子濃度或水蒸氣分壓力 時，水滴會在這個壓力差的作用下持續的蒸發直到達到二者的平衡，而在蒸發的過程中， 水滴的水蒸汽飽和壓力會不斷下降，而與之對應的水滴溫度也會不斷的下降，也就是通常 蒸發會導致降溫的原因；所以，如果外界空氣的水蒸汽分壓力低於水的三相點(0°C)對應 的飽和水蒸汽壓611.7Pa，當蒸發達到壓力平衡時，水滴的水蒸汽壓也會降到611.7Pa以下， 而相應的水滴的溫度也會降到0°C以下，在水滴未結冰的情況下達到了使水滴被過冷的效 果。
發明內容
本實用新型目的是提供一種能量損失少、製冰效率高、不會產生冰堵的雙層蒸髮式過
冷水製取流態冰裝置。
本實用新型為實現上述目的，採用如下技術方案
本實用新型包括水箱單元、製冷循環單元、空氣處理單元、過冷水製冰單元、冰水分 離器，水箱單元的水輸出口與製冷循環單元連接，製冷循環單元的製冷水輸出口與過冷水 製冰單元連接，過冷水製冰單元的冰水混合物輸出口與冰水分離器連接，冰水分離器上分 別設有水輸出口、冰輸出口，水輸出口與水箱單元連接；上述過冷水製冰單元包括蒸發過 冷層、過冷解除製冰層，蒸發過冷層設置在過冷解除製冰層的上端，蒸發過冷層的水輸入 口與製冷循環單元連接，蒸發過冷層的過冷水出口和過冷解除製冷層的過冷水入口連通； 過冷解除製冰層內設置過冷解除裝置，過冷解除製冷層的冰水混合物輸出口與冰水分離器 連接；空氣處理單元的空氣輸出口與蒸發過冷層的空氣輸入口連接，過冷解除製冰層的空 氣輸出口與空氣處理單元的空氣輸入口連接。
上述蒸發過冷層上設置空氣輸出口，上述過冷解除製冰層上設置空氣輸入口，所述蒸 發過冷層的空氣輸出口與過冷解除製冰層的空氣輸入口連接。
本實用新型採用上述結構在工作時，包括以下步驟
第一步用於製冷的水經過製冷循環單元被初步冷卻，冷卻後水的溫度在O℃以上；
第二步上述冷卻後的水噴淋在蒸發過冷層內，同時經過空氣處理單元處理後的製冰
空氣被通入蒸發過冷層內，上述經過處理後空氣的水蒸汽分壓力低於水的三相點飽和蒸氣
壓611.7Pa;
第三步上述經過蒸發製冰層後的水通入過冷解除製冰層，並被噴淋在過冷解除製冰 層內的過冷解除裝置上，產生冰晶和水的混合物；
第四步完成上述第三步的同時，從蒸發過冷層出來的製冰空氣通入過冷解除製冰層 內，以維持第二層較低的環境溫度，然後被送回到空氣處理單元中；
第五步上述第三步的冰晶和水的混合物經過冰水分離器後分離，得到所需的流態冰； 分離後的水回到水箱單元，水箱單元提供了用於製冰的水；
第六步重複上述步驟。
在製冷的過程中，空氣與水滴直接接觸時，在水滴的周圍會形成一個溫度等於水滴表 面溫度的飽和空氣邊界層，此時邊界層內水蒸汽分子的濃度或水蒸汽分壓力只取決於水滴 表面的溫度，當這個飽和水蒸汽分子的濃度或飽和水蒸汽分壓力大於外界空氣的水蒸汽分 子濃度或水蒸汽分壓力時，水滴會在這個壓力差的作用下持續的蒸發直到達到二者的平衡， 而在蒸發的過程中，水滴的水蒸汽飽和壓力會不斷下降，而與之對應的水滴溫度也會不斷
的下降，也就是通常蒸發會導致降溫的原因；所以，如果外界空氣的水蒸汽分壓力低於水 的三相點((TC)對應的飽和水蒸汽壓611.7Pa，當蒸發達到壓力平衡時，水滴的水蒸汽壓 也會降到611.7Pa以下，而相應的水滴的溫度也會降到0'C以下，在水滴未結冰的情況下 達到了使水滴被過冷的效果。
本實用新型採用上述技術方案，運行過程中，在第一階段，用於製冰的水經過製冷循 環單元得到冷卻，但始終保持0'C以上的溫度，然後以水滴的形態在製冰單元的第一層一 —蒸發過冷層中進行噴淋；同時，用於製冰的空氣在通入過冷水製冰單元之前先經過了空 氣處理單元的處理，使得自身的水蒸汽分壓力低於水的三相點對應的飽和水蒸汽壓，之後， 空氣也被通入了過冷水製冰單元的蒸發過冷層。在第二階段，從第一層出來的水已變為過 冷水，進入了過冷水製冷單元的第二層——過冷解除製冰層，並被淋在該層的過冷解除裝 置上，從而解除過冷狀態，產生冰晶和水的混合物；同時從第一層出來的空氣，其溫度在 第一層也有所降低，也通入第二層以維持第二層較低的環境溫度。接下來，冰水混合物在 分離器中被分離，得到了我們需要的流態冰。
本實用新型採用上述技術方案，與現有技術相比具有如下優點
1、系統利用了水在很低水蒸汽壓的環境中蒸發的效果從而改進了傳統的過冷水制流 態冰的方法，使得水的過冷處理在管外進行，避免了管內過冷可能造成的冰堵，提高了制 流態冰系統運行的穩定性和可靠性。
2、 由於本系統中經過製冷循環進行冷卻後的水溫高於O"C，而過冷到O'C以下的狀態， 從而減小了冷量，節省了該部分能量的消耗。
3、 製冷循環單元和空氣處理單元可以因地制宜的使用低位熱源參與完成，從而大大降 低了對電能的依賴，對節能有著一定的意義。


圖1是本實用新型的一種結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括水箱單元1、製冷循環單元2、空氣處理單元3、過冷水 製冰單元4、冰水分離器5，水箱單元1的水輸出口 1—1與製冷循環單元2連接，製冷循 環單元2的製冷水輸出口 2—1與過冷水製冰單元4連接，過冷水製冰單元4的冰水混合物 輸出口 4一4與冰水分離器5連接，冰水分離器5上分別設有水輸出口 5—2、冰輸出口 (5 一3)，水輸出口 5—2與水箱單元1連接；上述過冷水製冰單元4包括蒸發過冷層4一1、過冷解除製冰層4一2，蒸發過冷層4一1設置在過冷解除製冰層4—2的上端，蒸發過冷層 4一1的水輸入口 4一1—1與製冷循環單元2連接，蒸發過冷層4一1的過冷水出口和過冷 解除製冷層4—2的過冷水入口連通；過冷解除製冰層4一2內設置過冷解除裝置4—3，過 冷解除製冷層4一2的冰水混合物輸出口 4一4與冰水分離器5連接；空氣處理單元3的空 氣輸出口 3—1與蒸發過冷層4—1的空氣輸入口 4一1—2連接，過冷解除製冰層4—2的空 氣輸出口 4一2—2與空氣處理單元3的空氣輸入口 3—2連接。
上述蒸發過冷層4一1上設置空氣輸出口 4一1—3，上述過冷解除製冰層4—2上設置 空氣輸入口 4一2—1，所述蒸發過冷層4—1的空氣輸出口 4一1—3與過冷解除製冰層4—2 的空氣輸入口 4一2—2連接。
本實用新型在工作時採用如下步驟
第一步用於製冷的水經過製冷循環單元2被初步冷卻，冷卻後水的溫度在0'C以上；
第二步上述冷卻後的水噴淋在蒸發過冷層4一1內，同時經過空氣處理單元3處理後
的製冰空氣被通入蒸發過冷層4—1內，上述經過處理後空氣的水蒸汽分壓力低於水的三相
點飽和蒸氣壓611.7Pa;
第三步上述經過蒸發製冰層4—1後的水通入過冷解除製冰層4一2，並被噴淋在過
冷解除製冰層4一2內的過冷解除裝置4—3上，產生冰晶和水的混合物；
第四步完成上述第三步的同時，從蒸發過冷層4一1出來的製冰空氣通入過冷解除制
冰層4一2內，以維持第二層較低的環境溫度，然後被送回到空氣處理單元3中；
第五步上述第三步的冰晶和水的混合物經過冰水分離器5後分離，得到所需的流態 冰；分離後的水回到水箱單元l，水箱單元1提供了用於製冰的水；
第六步重複上述步驟。
供水源向水箱1內輸送製冰用水，用於製冰的水從水箱1流向製冷循環單元2，製冷 循環單元2可由各種製冷系統完成，可以根據實際情況利用低位熱源驅動的製冷系統。水 經過製冷循環單元2後得到冷卻，但始終保持在O'C以上的溫度，然後以水滴的形態在制
冰單元4的第一層——蒸發過冷層4—1中進行噴淋；同時，用於製冰的空氣在通入過冷水
製冰單元4之前先經過了空氣處理單元3的處理，使得自身的水蒸汽分壓力低於水的三相 點對應的飽和水蒸汽壓611.7Pa (可以低位能源驅動的除溼循環或其他處理方法)，之後， 空氣也被通入了過冷水製冰單元4的蒸發過冷層4—1。從第一層出來的水已經變為過冷水， 進入了過冷水製冷單元4的第二層——過冷解除製冰層4—2，並被淋在該層的過冷解除裝 置4一3上，從而解除過冷狀態，產生冰晶和水的混合物；同時，從第一層出來的空氣，其 水蒸汽分壓力提高，但是溫度在第一層也被降低，因此也通入第二層以維持第二層較低的 適宜過冷水解冷成冰的環境溫度。接下來，冰水混合物在冰水分離器5中被分離，最後得 到了我們需要的流態冰，可以儲存運輸，而多量的水被送入水箱l循環利用，同時，從第 二層出來的空氣被送回空氣處理單元3再次處理，從而使系統連續運行。
權利要求1、雙層蒸髮式過冷水製取流態冰裝置，其特徵在於包括水箱單元(1)、製冷循環單元(2)、空氣處理單元(3)、過冷水製冰單元(4)、冰水分離器(5)，水箱單元(1)的水輸出口(1-1)與製冷循環單元(2)連接，製冷循環單元(2)的製冷水輸出口(2-1)與過冷水製冰單元(4)連接，過冷水製冰單元(4)的冰水混合物輸出口(4-4)與冰水分離器(5)連接，冰水分離器(5)上分別設有水輸出口(5-2)、冰輸出口(5-3)，水輸出口(5-2)與水箱單元(1)連接；上述過冷水製冰單元(4)包括蒸發過冷層(4-1)、過冷解除製冰層(4-2)，蒸發過冷層(4-1)設置在過冷解除製冰層(4-2)的上端，蒸發過冷層(4-1)的水輸入口(4-1-1)與製冷循環單元(2)連接，蒸發過冷層(4-1)的過冷水出口和過冷解除製冷層(4-2)的過冷水入口連通；過冷解除製冰層(4-2)內設置過冷解除裝置(4-3)，過冷解除製冷層(4-2)的冰水混合物輸出口(4-4)與冰水分離器(5)連接；空氣處理單元(3)的空氣輸出口(3-1)與蒸發過冷層(4-1)的空氣輸入口(4-1-2)連接，過冷解除製冰層(4-2)的空氣輸出口(4-2-2)與空氣處理單元(3)的空氣輸入口(3-2)連接。
2、 根據權利要求1所述的雙層蒸髮式過冷水製取流態冰裝置，其特徵在於:上述蒸發 過冷層(4—1)上設置空氣輸出口 (4一1—3)，上述過冷解除製冰層(4—2)上設置空氣 輸入口 (4一2—1)，所述蒸發過冷層(4—1)的空氣輸出口 (4一1—3)與過冷解除製冰層(4一2)的空氣輸入口 (4—2—2)連接。
專利摘要雙層蒸髮式過冷水製取流態冰裝置，涉及一種利用過冷水製取流態冰的裝置。本實用新型製冷循環單元的製冷水輸出口與過冷水製冰單元連接，過冷水製冰單元的冰水混合物輸出口與冰水分離器連接，冰水分離器上的水輸出口與水箱單元連接；蒸發過冷層設置在過冷解除製冰層的上端，蒸發過冷層的水輸入口與製冷循環單元連接，蒸發過冷層的過冷水出口和過冷解除製冷層的過冷水入口連通；過冷解除製冰層內設置過冷解除裝置，過冷解除製冷層的冰水混合物輸出口與冰水分離器連接；空氣處理單元的空氣輸出口與蒸發過冷層的空氣輸入口連接，過冷解除製冰層的空氣輸出口與空氣處理單元的空氣輸入口連接。本實用新型實現了能量損失少、製冰效率高、不易冰堵的目的。
文檔編號F25C1/00GK201181142SQ200820031240
公開日2009年1月14日 申請日期2008年1月18日 優先權日2008年1月18日
發明者張小松, 李秀偉 申請人:東南大學