專利名稱：連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冰漿或二元冰的制備系統(tǒng)，尤其涉及一種連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
冰蓄冷是電力負(fù)荷移峰填谷的重要手段，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)普及應(yīng)用，我國也正在大力推廣過程中。根據(jù)制冰和融冰原理的不同，冰蓄冷技術(shù)主要分為靜態(tài)冰蓄冷和動(dòng)態(tài)冰蓄冷兩大類。其中靜態(tài)冰蓄冷主要以冰球式和盤管式為主，目前國內(nèi)的冰蓄冷工程幾乎全部都是靜態(tài)冰蓄冷技術(shù)。但是靜態(tài)冰蓄冷技術(shù)存在著無法克服的固有技術(shù)缺陷，主要表現(xiàn)為在制冰過程中水的凍結(jié)是在靜止?fàn)顟B(tài)下通過低效率的導(dǎo)熱方式來完成的，而且隨著冰層的加厚，導(dǎo)熱熱阻逐漸加大，整個(gè)制冰蓄冷過程中制冷主機(jī)的能效比嚴(yán)重降低(一般會(huì)衰減至常規(guī)冷水空調(diào)工況下的60%)，增加冰蓄冷的能耗成本。為了改進(jìn)靜態(tài)冰蓄冷的固有缺陷，從上世紀(jì)80年代開始日本就率先展開動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)的研究，當(dāng)前國內(nèi)外冰漿制取的方法大致可以分為以下幾種刮削法、過冷水法、直接接觸法、流化床法和真空冷凍法。刮削法由于研究開發(fā)較早，目前相對(duì)成熟，但刮削法需機(jī)械攪拌，機(jī)械故障頻繁。；過冷法在日本得到了廣泛的研究和初步的商業(yè)化示范；過冷法的缺點(diǎn)在于過冷度的控制較為復(fù)雜，容易發(fā)生冰堵。真空冷凍法被認(rèn)為是一種節(jié)能、高效、綠色的冰漿制備系統(tǒng)，其采用水做制冷劑，在冰漿生成時(shí)為高效的直接接觸換熱。國外已有商業(yè)化的系統(tǒng)在運(yùn)行，但是國外的系統(tǒng)大都采用了昂貴的水蒸氣壓縮機(jī)，系統(tǒng)復(fù)雜。國內(nèi)有關(guān)專利如CN200710044516. 6 (一種二元冰的制備方法及其裝置)，CN200620049520. 2 (真空冷凍蒸汽吸收式二元冰制備裝置) CN200620047224. 9 (水蒸汽壓縮式二元冰真空制備裝置)，雖然提到了真空冷凍法的原理和裝置，但是其冰漿儲(chǔ)存系統(tǒng)未能和冰漿生成系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)閉合循環(huán)，且未能充分利用真空室內(nèi)出來的冰水混合物中水的冷量。綜上所述，到目前位為止國內(nèi)尚未有關(guān)于真空冷凍法的連續(xù)制備系統(tǒng)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)及方法，并采用比較簡單容易實(shí)現(xiàn)的水蒸氣捕捉方式。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，它包括與進(jìn)水系統(tǒng)連接的預(yù)冷系統(tǒng)連接，預(yù)冷系統(tǒng)通過管路與真空罐連接，真空罐通過管路與冷阱捕水器連接，冷阱捕水器與真空泵連接，從而共同組成了真空冷凍法制備冰漿系統(tǒng)；真空罐還通過冰漿泵與蓄冰槽連接，蓄冰槽與循環(huán)水泵連接，循環(huán)水泵也與進(jìn)水系統(tǒng)連接，將循環(huán)水再次送入真空罐；真空罐內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)。
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所述預(yù)冷系統(tǒng)包括預(yù)冷器，預(yù)冷器的進(jìn)口處和出口處分別設(shè)有熱電偶I和熱電偶 II，預(yù)冷器的進(jìn)口與進(jìn)水系統(tǒng)連接，出口與真空罐連接；預(yù)冷器與冷阱捕水器共用或分別設(shè)有一個(gè)制冷機(jī)組。所述真空罐與冷阱捕水器間設(shè)有單向閥II。所述冷阱捕水器與制冷機(jī)組II和熱電偶III連接，在冷阱捕水器上還設(shè)有化霜系統(tǒng)。所述化霜系統(tǒng)包括電加熱器，它與熱水噴淋融霜裝置連接，熱水噴淋融霜裝置通過單向閥III與設(shè)置在冷阱捕水器內(nèi)的噴頭連接，在冷阱捕水器下部還設(shè)有放水閥。所述進(jìn)水系統(tǒng)包括自來水管，其上依次設(shè)有單向閥I、過濾器和三通，三通分別與預(yù)冷器的進(jìn)口和循環(huán)水泵連接。一種連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)的冰漿制備方法，
1)自來水經(jīng)預(yù)冷系統(tǒng)預(yù)冷到合適溫度被吸入真空罐內(nèi)；經(jīng)噴嘴霧化后在真空罐內(nèi)閃蒸，部分液滴霧化，而部分液滴則變?yōu)楸?，從而形成冰漿；
2)真空罐內(nèi)底部裝有攪拌機(jī)，對(duì)罐內(nèi)冰漿進(jìn)行攪拌，從而防止其聚集長大凍結(jié)；同時(shí)強(qiáng)化水的真空閃蒸。3 )真空罐內(nèi)生成的冰漿由冰漿泵吸出經(jīng)管路進(jìn)入蓄冰槽內(nèi)，從而對(duì)蓄冰槽內(nèi)冰水混合物形成擾動(dòng)，防止冰晶的聚集和長大；
4)循環(huán)水泵將蓄冰槽內(nèi)的冷水抽出送到供水系統(tǒng)上，與預(yù)冷器來的自來水混合后送入真空罐內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)冷量的充分利用；
5)經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，在冷阱捕水器內(nèi)金屬表面凝結(jié)一定厚度的霜層，此時(shí)切斷冷阱捕水器與真空罐的連接，啟動(dòng)電加熱器加熱熱水后送入冷阱捕水器由噴頭噴淋下來以除去霜層或采用自然融霜的方式除霜。所述自然融霜的方式為經(jīng)低谷時(shí)段運(yùn)行后，整個(gè)冰漿制備系統(tǒng)停止運(yùn)行，此時(shí)打開冷阱捕水器進(jìn)氣閥門，冷阱捕水器內(nèi)壓力升高，而溫度也慢慢升高，從而達(dá)到自然融霜的目的。本發(fā)明用管路依次連自來水進(jìn)水口、接單向閥I、過濾器、三通、預(yù)冷器、真空罐、冰漿泵、蓄冰槽、循環(huán)水泵以及三通；再將制冷機(jī)組I、II分別與預(yù)冷器、冷阱捕水器連接；同時(shí)將真空罐、單向閥II、冷阱捕水器以及真空泵依次用管路連接；冷阱捕水器還要與主要由電加熱器、熱水噴淋融霜裝置、單向閥III和噴頭組成的熱水噴淋融霜系統(tǒng)連接；熱電偶 I、熱電偶II以及熱電偶III分別用來檢測(cè)預(yù)冷器前、后管路內(nèi)的水溫以及冷阱捕水器內(nèi)的溫度。系統(tǒng)運(yùn)行前，關(guān)閉單向閥II、單向閥III以及放水閥，同時(shí)開啟真空泵和制冷機(jī)組 II，將冷阱捕水器預(yù)冷到設(shè)定溫度并抽成真空狀態(tài)；之后打開單向閥II，將真空罐內(nèi)抽真空到設(shè)定值。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，先將單向閥I、三通連接過濾器和預(yù)冷器方向打開，制冷機(jī)組I 也開始運(yùn)行；被預(yù)冷到設(shè)定溫度的水通過噴嘴吸入真空罐內(nèi)霧化蒸發(fā)，另外一部分水被冷卻或結(jié)晶。水蒸氣被吸入冷阱捕水器內(nèi)被捕捉下來，不凝性氣體則有真空泵抽出。系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，真空罐內(nèi)充滿一定的水以及冰漿時(shí)，啟動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。 同時(shí)啟動(dòng)冰漿泵，抽取并且向蓄冰槽內(nèi)輸運(yùn)冰漿；待蓄冰槽內(nèi)蓄滿一定容積的冰漿和水后，開啟循環(huán)水泵，將通過蓄冰槽內(nèi)的濾網(wǎng)過濾后的冷水抽出，三通各個(gè)方向的通路都打開，使得自來水以及來自蓄冰槽內(nèi)的冷水混合，共同流入預(yù)冷器內(nèi)，根據(jù)熱電偶I、II檢測(cè)的溫度，隨時(shí)調(diào)整制冷機(jī)組I的制冷量。此時(shí)即可完整實(shí)現(xiàn)冰漿的連續(xù)制備和濃縮。當(dāng)冷阱捕水器結(jié)霜到一定的厚度時(shí)，打開單向閥III，運(yùn)行電加熱，通過噴頭向冷阱捕水器內(nèi)噴淋熱水，對(duì)冷阱捕水器進(jìn)行化霜處理；化霜結(jié)束后，開啟放水閥，放走熱水；
放水結(jié)束后，關(guān)閉放水閥，繼續(xù)進(jìn)行制冰儲(chǔ)冰過程。如此循環(huán)制取所需要的冰漿量。在實(shí)際使用時(shí)，可以根據(jù)所用制冷機(jī)組I的制冷量以及所需要存儲(chǔ)的冰漿量來設(shè)計(jì)蓄冰槽的容積。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來進(jìn)行捕水器的化霜過程。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用在真空室內(nèi)噴水霧化從而使部分液滴汽化蒸發(fā)而部分液滴被凍結(jié)成為冰晶；霧化的水蒸氣通過冷阱捕水器來捕集而系統(tǒng)中的不凝性氣體則由真空泵抽出；系統(tǒng)中加入了蓄冰槽，來實(shí)現(xiàn)冰晶的收集和儲(chǔ)存；蓄冰槽內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)，可以從下部將水抽出重新送入真空室制取冰晶。真空罐內(nèi)下部裝有攪拌機(jī)，可以防止冰晶的聚集長大，同時(shí)起到強(qiáng)化真空閃蒸的作用。本發(fā)明采用的制備方法高效，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其中，1、單向閥I; 2、過濾器；3、三通；4、熱電偶I; 5、預(yù)冷器；6、制冷機(jī)組 I ； 7、熱電偶II; 8、真空罐；9、單向閥II ;10、制冷機(jī)組II ;11、電加熱器；12、熱水噴淋融霜裝置；13、單向閥III ；14、噴頭；15、冷阱捕水器；16、熱電偶III ； 17、真空泵；18、放水閥；19、攪拌機(jī)；20、冰漿泵；21、蓄冰槽；22、循環(huán)水泵。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1中，自來水管道上設(shè)有單向閥II、過濾器2和三通3，三通3通過管路與預(yù)冷器5連接，預(yù)冷器5與制冷機(jī)組16連接，在預(yù)冷器5的進(jìn)口和出口處分別設(shè)有熱電偶14和熱電偶117，同時(shí)，預(yù)冷器5的進(jìn)口還與三通3連接。預(yù)冷器5的出口與真空罐8連接。真空罐8通過單向閥119與冷阱捕水器15連接，冷阱捕水器15與制冷機(jī)組IIlO和真空泵17 連接；冷阱捕水器15內(nèi)設(shè)有噴頭14，噴頭14通過單向閥III13與熱水噴淋融霜裝置12連接，熱水噴淋融霜裝置12內(nèi)設(shè)有電加熱器11，在冷阱捕水器15底部設(shè)有放水閥18。冷阱捕水器15還設(shè)有熱電偶11116。預(yù)冷器5與冷阱捕水器15可共用或分別使用一個(gè)制冷機(jī)組。攪拌機(jī)19通過真空動(dòng)密封裝置安裝到真空罐8內(nèi)部。真空罐8出口與冰漿泵20 連接，冰漿泵20與蓄冰槽21連接，蓄冰槽21與循環(huán)水泵22連接，循環(huán)水泵22與三通3連接。系統(tǒng)運(yùn)行前，關(guān)閉單向閥119、單向閥III13以及放水閥18，同時(shí)開啟真空泵17和制冷機(jī)組1110，將冷阱捕水器15預(yù)冷到設(shè)定溫度并抽成真空狀態(tài)；之后打開單向閥119，將真空罐8內(nèi)抽真空到設(shè)定值。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，先將單向閥II、三通3連接過濾器2和預(yù)冷器5方向打開，制冷
5機(jī)組16也開始運(yùn)行；被預(yù)冷到設(shè)定溫度的水通過噴嘴進(jìn)入真空罐內(nèi)霧化蒸發(fā)，另外一部分水被冷卻或結(jié)晶。水蒸氣被吸入冷阱捕水器15內(nèi)被捕捉下來，不凝性氣體則有真空泵12 抽出。系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，真空罐8內(nèi)充滿一定的水以及冰漿時(shí)，開動(dòng)攪拌機(jī)19，同時(shí)啟動(dòng)冰漿泵20，抽取并且向蓄冰槽21內(nèi)輸運(yùn)冰漿；待蓄冰槽21內(nèi)蓄滿一定容積的冰漿和水后，開啟循環(huán)水泵22，將通過蓄冰槽21內(nèi)的濾網(wǎng)過濾后的冷水抽出，三通3各個(gè)方向的通路都打開，使得自來水以及來自蓄冰槽21內(nèi)的冷水混合，共同流入預(yù)冷器5內(nèi)，根據(jù)熱電偶14、117檢測(cè)的溫度，隨時(shí)調(diào)整制冷機(jī)組16提供的制冷量。此時(shí)即可完整實(shí)現(xiàn)冰漿的連續(xù)制備和濃縮。當(dāng)冷阱捕水器15結(jié)霜到一定的厚度時(shí)，打開單向閥11113，運(yùn)行電加熱器11，通過噴頭14向冷阱捕水器15內(nèi)噴淋熱水，對(duì)冷阱捕水器15進(jìn)行化霜處理；化霜結(jié)束后，開啟放水閥18，放走熱水；
放水結(jié)束后，關(guān)閉放水閥18，繼續(xù)進(jìn)行制冰儲(chǔ)冰過程。如此循環(huán)制取所需要的一定濃度的冰漿量。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，它包括與進(jìn)水系統(tǒng)連接的預(yù)冷系統(tǒng)連接，預(yù)冷系統(tǒng)通過管路與真空罐連接，真空罐通過管路與冷阱捕水器連接，冷阱捕水器與真空泵連接，從而共同組成了真空冷凍法制備冰漿系統(tǒng)；真空罐還通過冰漿泵與蓄冰槽連接，蓄冰槽與循環(huán)水泵連接，循環(huán)水泵也與進(jìn)水系統(tǒng)連接，將循環(huán)水再次送入真空罐。
2.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，所述預(yù)冷系統(tǒng)包括預(yù)冷器，預(yù)冷器的進(jìn)口處和出口處分別設(shè)有熱電偶I和熱電偶II，預(yù)冷器的進(jìn)口與進(jìn)水系統(tǒng)連接，出口與真空罐連接；預(yù)冷器與冷阱捕水器共用或分別設(shè)有一個(gè)制冷機(jī)組。
3.如權(quán)利要求2所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，所述真空罐內(nèi)部還設(shè)有攪拌機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，所述真空罐與冷阱捕水器間設(shè)有單向閥II。
5.如權(quán)利要求1或2或4所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，所述冷阱捕水器與制冷機(jī)組II和熱電偶III連接，在冷阱捕水器上還設(shè)有化霜系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，所述化霜系統(tǒng)包括電加熱器，它與熱水噴淋融霜裝置連接，熱水噴淋融霜裝置通過單向閥III與設(shè)置在冷阱捕水器內(nèi)的噴頭連接，在冷阱捕水器下部還設(shè)有放水閥。
7.如權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)，其特征是，所述進(jìn)水系統(tǒng)包括自來水管，其上依次設(shè)有單向閥I、過濾器和三通，三通分別與預(yù)冷器的進(jìn)口和循環(huán)水泵連接。
8.一種采用權(quán)利要求1所述的連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)的冰漿制備方法，其特征是，1)自來水經(jīng)預(yù)冷系統(tǒng)預(yù)冷到合適溫度送入真空罐的噴嘴，經(jīng)噴嘴霧化后在真空罐內(nèi)閃蒸，部分液滴霧化，而部分液滴則變?yōu)楸?，從而形成冰漿；2 )真空罐內(nèi)底部裝有攪拌機(jī)，對(duì)罐內(nèi)冰漿進(jìn)行攪拌，從而防止其聚集長大凍結(jié)；同時(shí)強(qiáng)化水的真空閃蒸；3)真空罐內(nèi)生成的冰漿由冰漿泵吸出經(jīng)管路進(jìn)入蓄冰槽內(nèi)并經(jīng)噴嘴噴出，從而對(duì)蓄冰槽內(nèi)冰水混合物形成擾動(dòng)，防止冰晶的聚集和長大；4)循環(huán)水泵將蓄冰槽內(nèi)的冷水抽出送到供水系統(tǒng)上，與預(yù)冷器來的自來水混合后送入真空罐內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)冷量的充分利用；5)經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，在冷阱捕水器內(nèi)金屬表面凝結(jié)一定厚度的霜層，此時(shí)切斷冷阱捕水器與真空罐的連接，啟動(dòng)電加熱器加熱熱水后送入冷阱捕水器由噴頭噴淋下來以除去霜層或采用自然融霜的方式除霜。
9.如權(quán)利要求8所述的冰漿制備方法，其特征是，所述自然融霜的方式為經(jīng)低谷時(shí)段運(yùn)行后，整個(gè)冰漿制備系統(tǒng)停止運(yùn)行，此時(shí)打開冷阱捕水器進(jìn)氣閥門，冷阱捕水器內(nèi)壓力升高，而溫度也慢慢升高，從而達(dá)到自然融霜的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)式真空冷凍法冰漿制備系統(tǒng)及方法。它包括與進(jìn)水系統(tǒng)連接的預(yù)冷系統(tǒng)連接，預(yù)冷系統(tǒng)通過管路與真空罐連接，真空罐通過管路與冷阱捕水器連接，冷阱捕水器與真空泵連接，從而共同組成了真空冷凍法制備冰漿系統(tǒng)；真空罐下部裝有攪拌機(jī)；真空罐還通過冰漿泵與蓄冰槽連接，蓄冰槽與循環(huán)水泵連接，循環(huán)水泵也與進(jìn)水系統(tǒng)連接，將循環(huán)水再次送入真空罐。在真空罐內(nèi)噴水霧化從而使部分液滴汽化蒸發(fā)而部分液滴被凍結(jié)成為冰晶；霧化的水蒸氣通過冷阱捕水器來捕集而系統(tǒng)中的不凝性氣體則由真空泵抽出；系統(tǒng)中加入了蓄冰槽，來實(shí)現(xiàn)冰晶的收集和儲(chǔ)存；蓄冰槽內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)，可以從下部將水抽出重新送入真空室制取冰晶。本發(fā)明采用的制備方法高效，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)F25C1/16GK102519193SQ201210010449
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者周子鵬, 孫冰潔, 趙紅霞, 韓吉田 申請(qǐng)人:山東大學(xué)