一种预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置

摘要

本发明公开了一种预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法及其装置。制冰流体在进入过冷器之前，先经过流体脉动发生装置，使其流量和压力产生脉动，随后流体在过冷器内降温过冷，流体的脉动增大了过冷器壁面附近的速度梯度，从而增大流体剪切力，阻止冰晶颗粒在过冷器表面的粘附，预防冰堵，包括脉动发生装置、流量计、冰浆生成装置、储冰槽，冰晶过滤装置及相关阀门。本装置通过在过冷器之前安装脉动发生装置，一方面，加强过冷器内流体的脉动，增大换热系数，同时，避免冰层的生成，降低换热热阻，整体提高了过冷器的换热效率，另一方面，解决了过冷法产冰浆过程中容易发生冰堵的问题。

权利要求

1.一种预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置，包括冰浆生成装置(3)、储冰槽(6)和冰晶过滤装置(8)，所述的冰浆生成装置(3)包括过冷器(4)和过冷解除器(5)，其特征在于：在所述的冰浆生成装置(3)与所述的冰晶过滤装置(8)之间连接有脉动发生装置(1)，所述的脉动发生装置(1)的结构是：管道泵(9)、电磁阀(10)和叶阀(11)依次串联，所述的叶阀(11)与电机传动连接，所述的管道泵(9)的进口与所述的冰晶过滤装置(8)连接，所述的叶阀(11)的出口与所述的冰浆生成装置(3)的所述的过冷器(4)的进口连接，止回阀(13)的进口连接于所述的管道泵(9)与所述的电磁阀(10)之间，所述的止回阀(13)的出口与所述的储冰槽(6)连接；或所述的脉动发生装置(1)的结构是：管道泵(9)和电磁阀(10)串联，所述的管道泵(9)的进口与所述的冰晶过滤装置(8)连接，所述的电磁阀(10)的出口与所述的冰浆生成装置(3)的所述的过冷器(4)的进口连接，在过冷法制取冰浆的装置内使进入过冷器(4)的制冰流体发生脉动，改变过冷器内流场，增大过冷器壁面附近速度梯度，增大剪切力，阻止冰晶在过冷器壁面的粘附。

2.根据权利要求1所述的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置，其特征在于：调频电机(12)与所述的叶阀(11)传动连接。

3.根据权利要求1或2所述的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置，其特征在于：

所述的叶阀(11)的出口通过流量计(2)与所述的冰浆生成装置(3)的所述的过冷器(4)的进口连接。

4.根据权利要求1所述的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置，其特征在于：所述的管道泵(9)与变频装置(14)连接。

5.根据权利要求1所述的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置，其特征在于：所述的电磁阀(10)的出口通过流量计(2)与所述的冰浆生成装置(3)的所述的过冷器(4)的进口连接。

说明书

一种预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法。本发明还涉及实现该方法的装置。

背景技术

[0002] 过冷水法冰浆制备技术是间接制冰技术的一种，具有无机械运动部件、装置简单的特点，适用于蓄冷空调。在使用过冷法制取冰浆的过程中，冷量需由换热器壁面向制冰流体内部传递，在过冷器壁面附近存在温度梯度，且壁面温度较低，制冷流体极容易在壁面附近发生异质成核，形成冰晶，冰晶粘附于换热壁面，进一步形成冰层。一方面，在换热过程中，冰层热阻会成为换热热阻的主要来源，且热阻随着冰层的生长而增大，从而严重影响系统的热效率；另一方面，冰层的生长会增大流体的流动阻力，随着冰层厚度的增长，阻力变大，最后发生冰堵，迫使系统运行中断。

[0003] 过冷法冰浆制备装置结构紧凑，对过冷器的密闭程度要求较高，使用机械刮擦除冰的方法极难实现。无机械扰动情况下，冰晶在过冷器壁面的粘附和剥离受粘附力和流体剪切力影响，当粘附力大于流体剪切力时，冰晶粘附在壁面，反之，冰晶剥离。

[0004] 目前，预防过冷器冰堵的方法主要包括使用添加剂和改善过冷器壁面情况，其中，使用添加剂预防冰堵的机理为降低流体凝固温度来抑制结晶，减小冰晶颗粒尺寸来减小粘附力，但无法完全抑制冰晶的形成和粘度，一旦出现冰晶的粘附，将不可避免的形成冰层，另外，使用添加剂降低了冰浆的使用温度，限制了冰浆的应用；改善过冷器壁面情况能在一定程度上减小冰晶的粘附力，但作用效果有限，冰层出现之后将失去效果。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种实现系统强化传热和预防冰堵的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法。

[0006] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法的装置。

[0007] 为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法，过冷法制取冰浆的装置包括冰浆生成装置、储冰槽和冰晶过滤装置，所述的冰浆生成装置包括过冷器和过冷解除器，在过冷法制取冰浆的装置内使进入过冷器的制冰流体发生脉动，改变过冷器内流场，增大过冷器壁面附近速度梯度，增大剪切力，阻止冰晶在过冷器壁面的粘附。

[0008] 调节制冰流体脉动的振幅和频率。

[0009] 改变制冰流体脉动的形式。

[0010] 为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的过冷法制取冰浆装置，包括冰浆生成装置、储冰槽和冰晶过滤装置，所述的冰浆生成装置包括过冷器和过冷解除器，在所述的冰浆生成装置与所述的冰晶过滤装置之间连接有脉动发生装置。

[0011] 所述的脉动发生装置的结构是：管道泵、电磁阀和叶阀依次串联，所述的叶阀与电机传动连接，所述的管道泵的进口与所述的冰晶过滤装置连接，所述的叶阀的出口与所述的冰浆生成装置的所述的过冷器的进口连接，止回阀的进口连接于所述的管道泵与所述的电磁阀之间，所述的止回阀的出口与所述的储冰槽连接。

[0012] 所述的叶阀与调频电机传动连接。

[0013] 所述的叶阀的出口通过流量计与所述的冰浆生成装置的所述的过冷器的进口连接。

[0014] 所述的脉动发生装置的结构是：管道泵和电磁阀串联，所述的管道泵的进口与所述的冰晶过滤装置连接，所述的电磁阀的出口与所述的冰浆生成装置的所述的过冷器的进口连接。

[0015] 所述的管道泵与变频装置连接。

[0016] 所述的电磁阀的出口通过流量计与所述的冰浆生成装置的所述的过冷器的进口连接。

[0017] 采用上述技术方案的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法及其装置，其主要原理在于脉动流增大了过冷器壁面附近的速度梯度，增大流体剪切力，从而阻止冰晶的粘附。制冰流体在进入过冷器之前，先经过流体脉动发生装置，使其流量和压力产生脉动，随后流体在过冷器内降温过冷，流体的脉动增大了过冷器壁面附近的速度梯度，从而增大流体剪切力，阻止冰晶颗粒在过冷器表面的粘附，预防冰堵，包括脉动发生装置、流量计、冰浆生成装置、储冰槽，冰晶过滤装置及相关阀门。本装置通过在过冷器之前安装脉动发生装置，一方面，加强过冷器内流体的脉动，增大换热系数，同时，避免冰层的生成，降低换热热阻，整体提高了过冷器的换热效率，另一方面，解决了过冷法产冰浆过程中容易发生冰堵的问题。通过调节脉动发生装置来改变流体脉动的振幅和频率。通过调节脉动发生装置来改变流体的脉动形式。

[0018] 本发明的优点在于：在现有过冷法冰浆制备装置上通过在过冷器之前安装脉动发生装置的简单改进，就可以实现系统的强化传热和预防冰堵。

[0019] 综上所述，本发明是一种实现系统强化传热和预防冰堵的预防过冷法制取冰浆装置产生冰堵的方法。其装置结构简单，性能可靠。

附图说明

[0020] 图1为本发明的结构示意图。

[0021] 图2为实施例1结构示意图。

[0022] 图3为实施例2结构示意图。

[0023] 图4为非脉动情况下，过冷器管内沿垂直流动方向流体流速分布示意图。

[0024] 图5为脉动流情况下，过冷器管内沿垂直流动方向流体流速分布示意图。

[0025] 图中：1-脉动发生装置，2-流量计，3-冰浆生成装置，4-过冷器，5-过冷解除器，6-储冰槽，7-截止阀，8-冰晶过滤装置，9-管道泵，10-电磁阀，11-叶阀，12-调频电机，13-止回阀，14-变频装置。

具体实施方式

[0026] 下面结合实施例及附图对本发明做进一步的说明。

[0027] 参见图1，预防过冷法制取冰浆的装置产生冰堵的方法，过冷法制取冰浆的装置包括冰浆生成装置3、储冰槽6和冰晶过滤装置8，冰浆生成装置3包括过冷器4和过冷解除器5，在过冷法制取冰浆的装置内使进入过冷器4的制冰流体发生脉动，改变过冷器内流场，增大过冷器壁面附近速度梯度，增大剪切力，阻止冰晶在过冷器壁面的粘附。

[0028] 调节制冰流体脉动的振幅和频率。

[0029] 改变制冰流体脉动的形式。

[0030] 参见图1，实现预防过冷法制取冰浆的装置产生冰堵的方法的装置，包括冰浆生成装置3、储冰槽6和冰晶过滤装置8，所述的冰浆生成装置3包括过冷器4和过冷解除器5，在冰浆生成装置3与冰晶过滤装置8之间连接有脉动发生装置1。

[0031] 进一步地，脉动发生装置1的出口通过流量计2与冰浆生成装置3的过冷器4的进口连接。

[0032] 参见图1，采用上述技术方案的预防过冷法制取冰浆的装置产生冰堵的方法及其装置，其预防冰堵的原理是：冰晶在过冷器壁面受到粘附力和流体剪切力而粘附或剥离，当粘附力大于流体剪切力时，冰晶粘附在壁面，反之，冰晶剥离，流体剪切力与速度梯度大小成正比。在无脉动情况下，过冷器内流体沿流动垂直方向速度分布如简图4所示，其特点是边界层较厚，速度梯度较小，流体剪切力小，通过脉动发生装置使流体产生脉动，时刻改变流体的流量和压力，其效果在于改变过冷器内流体速度分布，产生“速度环状效应”，过冷器内流体沿流动垂直方向速度分布如简图5所示，其特点是，最大速度偏离流动中心向壁面移动，边界层变薄，速度梯度增大显著，能获得较大的流体剪切力，从而及时阻止冰晶在过冷器表面的粘附。过冷器内具体的速度分布与流体的脉动振幅和频率有关，脉动振幅和频率可以通过调节脉动发生装置来改变，从而获得最合适的速度分布。

[0033] 实施例1

[0034] 如图2所示，冰浆生成装置3包括过冷器4和过冷解除器5，过冷解除器5连接储冰槽6，储冰槽6通过截止阀7连接冰晶过滤装置8，脉动发生装置1的结构是：管道泵9、电磁阀10和叶阀11依次串联，叶阀11与调频电机12传动连接，管道泵9的进口与冰晶过滤装置8连接，叶阀11的出口通过流量计2与冰浆生成装置3的过冷器4的进口连接，止回阀13的进口连接于管道泵9与电磁阀10之间，止回阀13的出口与储冰槽6连接。通过调节脉动发生装置1可调节管道内流体脉动振幅和频率，脉动发生装置包括调振幅部分，调频率部分和旁路回水管路，调振幅部分，调频率部分和旁路回水管路通过三通连接，流体流动方向如图2中箭头方向所示。

[0035] 其中，所述调振幅部分，包括管道泵9，调节管道泵转速可调节流体最大流量，改变流量脉动振幅。

[0036] 所述调频部分，包括叶阀11，调频电机12，叶阀11在调频电机12的驱动下连续转动，周期性改变叶阀11的开度，使管内流体产生周期性脉动，调节调频电机12转速，可调节叶阀11的转动周期，改变流体脉动频率。

[0037] 所述旁路回水管路，包括止回阀13，止回阀13开口指向储冰槽6，旁路回水管路的实时流量为管道泵9流量与过冷器4内流量之差。

[0038] 所述冰浆生成装置3，包括过冷器4，过冷解除器5，流体进入过冷器4，吸收冷量，降温过冷，部分过冷液在过冷器4壁面结晶，形成冰晶，由于流体脉动使其流速在过冷器4管内发生“速度环状效应”，如图5所示，最大速度向壁面偏移，边界层变薄，增大了壁面附近的速度梯度和压力梯度，及时阻止冰晶在过冷器表面的粘附，过冷液进入过冷解除器5解除过冷，形成冰浆。

[0039] 实施例2

[0040] 如图3所示，通过加强流体脉动来预防冰堵的过冷法生产冰浆装置，冰浆生成装置3包括过冷器4和过冷解除器5，过冷解除器5连接储冰槽6，储冰槽6通过截止阀7连接冰晶过滤装置8，脉动发生装置1的结构是：管道泵9和电磁阀10依次串联，管道泵9与变频装置14连接，管道泵9的进口与冰晶过滤装置8连接，电磁阀10的出口通过流量计2与冰浆生成装置3的过冷器4的进口连接。通过调节脉动发生装置可调节管道内流体脉动振幅和频率，流体流动方向如图3中箭头方向所示。

[0041] 其中，所述脉动发生装置部分，包括变频装置14，管道泵9，通过调节变频装置14的频率，可以改变流体脉动频率。

[0042] 冰浆生成装置3，包括过冷器4和过冷解除器5，流体进入过冷器4，吸收冷量，降温过冷，部分过冷液在过冷器4壁面结晶，形成冰晶，由于流体脉动在过冷器4管内发生“速度环状效应”，如图5所示，最大速度向壁面偏移，边界层变薄，增大了壁面附近的速度梯度和压力梯度，及时阻止冰晶在过冷器4表面的粘附，过冷液进入过冷解除器5解除过冷，形成冰浆。