本實(shí)用新型涉及冰蓄冷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

冰蓄冷是一種利用夜間低谷負(fù)荷電力制冰儲(chǔ)存在蓄冰裝置中，白天融冰將所儲(chǔ)存冷量釋放出來，用于減少電網(wǎng)高峰時(shí)段空調(diào)用電負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量的技術(shù)。冰蓄冷是電力移峰填谷的重要手段。

冰蓄冷中的關(guān)鍵技術(shù)是制冰。現(xiàn)有技術(shù)中的制冰方式主要有靜態(tài)制冰和間接式動(dòng)態(tài)制冰：靜態(tài)制冰是在冷卻管外或盛冰容器內(nèi)結(jié)冰，冰本身處于相對(duì)靜止的狀態(tài)；動(dòng)態(tài)制冰制得的冰漿又稱流態(tài)冰，具有良好的流動(dòng)和傳熱特性。靜態(tài)制冰技術(shù)中，由于冰層的存在，制冷單元蒸發(fā)溫度低于-10℃以下，制冰能耗高，取冷不便。間接式動(dòng)態(tài)制冰方法中的過冷法制冰是目前研究最為廣泛的一種基于水過冷結(jié)晶原理制冰的方法。水在過冷器中被冷卻至冰點(diǎn)以下，維持過冷態(tài)被輸送至蓄冰槽，解除過冷態(tài)后生成冰水混合物，即冰漿或冰水混合物。

現(xiàn)有技術(shù)中的過冷水制冰方法，需使用載冷劑進(jìn)行二次換熱，制冰效率受到影響，且載冷劑循環(huán)系統(tǒng)會(huì)提高制冰設(shè)備的初投資。此外，過冷水在過冷器中處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，極易在運(yùn)動(dòng)過程中在通道表面結(jié)冰，發(fā)生冰堵現(xiàn)象，降低過程中的換熱效率，阻礙水流，無法保證冰漿制取的連續(xù)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本實(shí)用新型的目的是提供一種直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的冰蓄冷技術(shù)中換熱效率低的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)，包括制冷單元、制冰單元和自融冰單元；

所述制冷單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、過冷卻器的第一流道，所述制冷單元的管路中通有制冷劑；

所述制冰單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：蓄冰槽、第一泵、過冷卻器的第三流道，用于解除過冷的過冷卻解除器設(shè)置在所述蓄冰槽內(nèi)，或設(shè)置在第三流道的出口與所述蓄冰槽的入口之間；所述制冰單元的管路內(nèi)通有冷水；

所述自融冰單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器、第二泵、過冷卻器的第二流道；所述液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器設(shè)置在所述壓縮機(jī)與冷凝器之間，且所述液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器內(nèi)的液態(tài)介質(zhì)能與所述壓縮機(jī)出口管路內(nèi)的制冷劑進(jìn)行熱交換；

過冷卻器的第三流道能分別與所述第一流道、第二流道進(jìn)行熱交換，所述第三流道與所述第一流道換熱后產(chǎn)生過冷水。

其中，所述自融冰單元中設(shè)有控制管路通斷的電磁閥。

其中，當(dāng)所述第一流道的壓力高于預(yù)設(shè)壓力值或過冷水流量低于預(yù)設(shè)流量值時(shí)，所述第二泵和所述電磁閥同時(shí)開啟。

其中，所述制冰單元中設(shè)有用于調(diào)節(jié)過冷水流量的流量調(diào)節(jié)閥。

其中，所述第一泵與所述第三流道的入口之間設(shè)有冰晶過濾器。

其中，所述液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器的進(jìn)口與出口之間設(shè)有隔板，用于改變液態(tài)介質(zhì)流向。

其中，所述過冷卻解除器的出口管路延伸至所述蓄冰槽內(nèi)以形成出冰管路，所述出冰管路的出口設(shè)有向上的折彎。

(三)有益效果

本實(shí)用新型提供的直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)，通過采用三流道式過冷卻器，使得制冷單元中的制冷液與制冰單元中的冷水直接換熱產(chǎn)生過冷水，避免了采用載冷劑進(jìn)行二次換熱制取過冷水，降低了能量消耗，提升了制冰效率；載冷劑循環(huán)系統(tǒng)的消減，減少了設(shè)備初投資，節(jié)約了成本；自融冰單元使用系統(tǒng)自產(chǎn)熱消除冰堵現(xiàn)象，避免了對(duì)外部能量的依賴，同時(shí)節(jié)約了能源，降低了制冰成本設(shè)備成本。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)示意圖；

圖2為圖1中的液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、壓縮機(jī)；2、電磁閥；3、第二泵；4、液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器；5、冷凝器風(fēng)機(jī)；6、冷凝器殼體；7、膨脹閥；8、過冷卻器；9、流量調(diào)節(jié)閥；10、電磁流量計(jì)；11、冰晶過濾器；12、第一泵；13、蓄冰槽；14、出冰管路；15、過冷卻解除器；401、隔板；402、盤管；403、液態(tài)介質(zhì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)示意圖；圖2為圖1中的液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)，包括制冷單元、制冰單元和自融冰單元。

制冷單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：壓縮機(jī)1、冷凝器、膨脹閥7、過冷卻器8的第一流道，制冷單元的管路中通有制冷劑。

制冷單元是利用制冷劑汽化時(shí)吸熱、冷凝時(shí)放熱的效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)制冷的。當(dāng)制冷劑處在密閉容器中時(shí)，此容器中除了制冷劑及制冷劑本身所產(chǎn)生的蒸汽外，不存在其他任何氣體。制冷劑和制冷劑蒸汽將在某一壓力下達(dá)到平衡，此時(shí)的汽體稱為飽和蒸汽，壓力稱為飽和壓力，溫度稱為飽和溫度。達(dá)到平衡時(shí)制冷劑不再汽化，此時(shí)如果將一部分蒸汽從容器中抽走，液體制冷劑必然要繼續(xù)汽化產(chǎn)生一部分蒸汽來維持這一平衡。液體制冷劑汽化時(shí)要吸收熱量，此熱量稱為汽化潛熱。汽化潛熱來自被冷卻的對(duì)象，使被冷卻對(duì)象溫度降低。為了使這一過程連續(xù)進(jìn)行，就必須從容器中不斷地抽走蒸汽，當(dāng)蒸汽凝結(jié)成液態(tài)后再回到容器中去，如此循環(huán)即可不斷吸取被冷卻物質(zhì)的熱量，形成制冷循環(huán)系統(tǒng)。

本實(shí)施例中的壓縮機(jī)1將輸入的制冷劑壓縮后，形成高溫高壓的過熱蒸汽。壓縮機(jī)1與冷凝器之間通過銅管連接，過熱蒸汽沿銅管形成的管路輸送至冷凝器，過熱蒸汽在進(jìn)入冷凝器之前，先經(jīng)過液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器，在液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器中，銅管內(nèi)的過熱蒸汽與液態(tài)介質(zhì)進(jìn)行換熱，將部分熱量存儲(chǔ)在液態(tài)介質(zhì)中。冷凝器屬于換熱器的一種，能將內(nèi)部管子中的高溫物質(zhì)的熱量以很快的方式傳到管子附近的空氣中，冷凝器工作過程是個(gè)放熱的過程。高溫高壓的蒸汽通過冷凝器后，熱量傳遞給環(huán)境中的空氣，溫度降低，形成中溫高壓的液態(tài)制冷劑，輸出至膨脹閥7。冷凝器中的冷凝器風(fēng)機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)，不斷地將環(huán)境中的空氣送入冷凝器殼體6中，實(shí)現(xiàn)不間斷的熱交換過程。中溫高壓的液態(tài)制冷劑通過膨脹閥7的節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪旱钠夯旌蠎B(tài)的制冷劑，輸出至過冷卻器8的第一流道，在第一流道內(nèi)的汽液混合態(tài)制冷劑與第三流道內(nèi)的冷水進(jìn)行換熱后，變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍鈶B(tài)制冷劑，再被壓縮機(jī)1吸入后壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱恼羝瓿梢粋€(gè)循環(huán)。整個(gè)循環(huán)過程中，制冷劑不與外界的空氣接觸。

制冰單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：蓄冰槽13、第一泵12、和過冷卻器8的第三流道，用于解除過冷的過冷卻解除器15設(shè)置在蓄冰槽13內(nèi)，或設(shè)置在第三流道的出口與蓄冰槽13的入口之間；制冰單元的管路內(nèi)通有冷水。

制冰單元的原理是通過制造過冷水，再通過解過冷操作，使得過冷水產(chǎn)生晶核，進(jìn)而凝結(jié)為冰晶，生成冰漿，即流態(tài)冰。過冷水是在0℃以下仍然保持液態(tài)的冷水，因?yàn)樗腥鄙倌Y(jié)核，液態(tài)水即使處于0℃以下，依然沒辦法凝結(jié)形成冰。過冷水是不穩(wěn)定的，只要水體中產(chǎn)生少許該物質(zhì)的晶核，便能誘發(fā)過冷水結(jié)晶，并使其溫度回升到凝固點(diǎn)，即過冷水通常處在亞穩(wěn)態(tài)，在微小擾動(dòng)下就會(huì)很快轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。

本實(shí)用新型中的制冰單元即利用解除過冷水的亞穩(wěn)態(tài)制冰。蓄冰槽13中儲(chǔ)存的是冰水混合物，既有由過冷水制得的冰晶，也有未結(jié)冰的0℃水。第一泵12將蓄冰槽13中的水泵出后，通過管路輸送至過冷卻器8的第三流道，第一流道中流通的是低溫低壓的汽液混合態(tài)制冷劑，此時(shí)第一流道與第三流道接觸，制冷劑吸收第三流道中0℃水的熱量，使第三流道中冷水的溫度繼續(xù)降低，此時(shí)由于0℃水中不含任何雜質(zhì)和冰晶，雖然水的溫度降低，但不會(huì)凝結(jié)出冰晶，進(jìn)而產(chǎn)生過冷水。過冷水由第三流道輸出至蓄冰槽13中。過冷水從第三流道的輸出口進(jìn)入蓄冰槽13之前，需要通過冷卻解除器15進(jìn)行解過冷操作，即破壞過冷水的亞穩(wěn)態(tài)。例如，過冷卻解除器15可以采用超聲波發(fā)生器，可以是能產(chǎn)生高速氣流的裝置，或者能在過冷水流動(dòng)過程中產(chǎn)生擾動(dòng)的裝置。本實(shí)施例中采用超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波使過冷水振動(dòng)產(chǎn)生晶核，進(jìn)而使過冷水凝結(jié)生成冰漿并送入蓄冰槽13中?；蛘?，超聲波發(fā)生器也可設(shè)置在蓄冰槽13的內(nèi)部，對(duì)處于蓄冰槽13中的過冷水進(jìn)行解過冷。制冰單元的管路內(nèi)流通冷水，冷水流通過程中會(huì)有多種狀態(tài)，先變?yōu)檫^冷水，過冷水解過冷后變?yōu)楸鶟{進(jìn)入蓄冰槽13，在蓄冰槽13中冰水分離，冰通常飄在水面上層或懸浮在上層，在蓄冰槽13底部基本不含冰晶。第一泵12從蓄冰槽13底部將分離后的水泵至第三流道，完成一次過冷水的制取流程。如此多次循環(huán)使蓄冰槽13中的冰得到積累，進(jìn)而儲(chǔ)存大量的冷能。

所述自融冰單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4、第二泵3、過冷卻器8的第二流道。液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4中盛放水或其他溶液，例如可以是氯化鈉溶液等結(jié)冰點(diǎn)低于0℃的溶液。液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4設(shè)置在壓縮機(jī)1與冷凝器之間，壓縮機(jī)1與冷凝器之間采用銅管連接，這段銅管以盤管402的形式經(jīng)過液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4，如圖2所示。盤管402內(nèi)的制冷劑與液態(tài)介質(zhì)403進(jìn)行換熱，液態(tài)介質(zhì)403溫度升高，制冷劑的溫度降低，由高溫高壓的過熱蒸汽變?yōu)楦邷馗邏旱娘柡驼羝?，進(jìn)入冷凝器。此時(shí)的液態(tài)介質(zhì)403溫度較高。過冷水在第三流道內(nèi)流動(dòng)的過程中，受容器或外界環(huán)境影響，容易發(fā)生冰堵現(xiàn)象，即會(huì)在第三流道的通道內(nèi)產(chǎn)生冰晶，冰晶積累到一定程度會(huì)造成第三流道的堵塞。此時(shí)可以啟動(dòng)融冰操作，通過第二泵3將溫度較高的液態(tài)介質(zhì)403泵至第二流道，實(shí)現(xiàn)第二流道內(nèi)的液態(tài)介質(zhì)403與第三流道內(nèi)的過冷水換熱，此時(shí)的第三流道和第一流道均停止運(yùn)作。第三流道內(nèi)的冰吸收第二流道內(nèi)的液態(tài)介質(zhì)403的熱量后融化，使第三流道得到疏通，實(shí)現(xiàn)融冰的目的。融冰后，可以關(guān)閉自融冰單元，即關(guān)閉第二泵3，運(yùn)行制冷單元和制冰單元，繼續(xù)制冰工作。

圖1中的黑色箭頭表示液體的流向。

本實(shí)用新型提供的直接式過冷水動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)，通過采用三流道式過冷卻器，使得制冷單元中的制冷液與制冰單元中的冷水直接換熱產(chǎn)生過冷水，避免了采用載冷劑進(jìn)行二次換熱制取過冷水，降低了能量消耗，提升了制冰效率；載冷劑循環(huán)系統(tǒng)的消減，減少了設(shè)備初投資，節(jié)約了成本；自融冰單元使用系統(tǒng)自產(chǎn)熱消除冰堵現(xiàn)象，避免了對(duì)外部能量的依賴，同時(shí)節(jié)約了能源，降低了制冰成本設(shè)備成本。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，自融冰單元中還設(shè)有控制管路通斷的電磁閥2。通過設(shè)置電磁閥2，可以方便地對(duì)自融冰單元中管路進(jìn)行接通和切斷控制。因?yàn)樵谥票^程中，自融冰單元并不需要一直工作，只需要在發(fā)生冰堵現(xiàn)象時(shí)工作即可。設(shè)置電磁閥有利于方便地控制管路的通斷。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在第一流道內(nèi)設(shè)置壓力傳感器或流量傳感器，用于檢測(cè)流道內(nèi)的實(shí)時(shí)壓力，當(dāng)?shù)谝涣鞯赖膲毫Ω哂陬A(yù)設(shè)壓力值或過冷水流量低于預(yù)設(shè)流量值時(shí)，開啟第二泵3和電磁閥2，接通融冰環(huán)路，將溫度較高的液態(tài)介質(zhì)403中熱量傳至過冷水和冰的混合液中，實(shí)現(xiàn)化冰的目的。這樣操作的目的是避免了自融冰單元的持續(xù)工作，持續(xù)工作的自融冰單元既消耗能量，同時(shí)還會(huì)降低過冷水的產(chǎn)出率。通過設(shè)置對(duì)比機(jī)制，只在需要融冰時(shí)才啟動(dòng)自融冰單元，既節(jié)省能源，又能使系統(tǒng)連續(xù)高效運(yùn)行。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，制冰單元中設(shè)有用于調(diào)節(jié)過冷水流量的流量調(diào)節(jié)閥9。例如，制冰期間，環(huán)境溫度的變化會(huì)影響制冷單元輸出的冷量，冷量的變化會(huì)影響過冷水的過冷度，通過設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥9來對(duì)過冷水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)閥9設(shè)置在冷水進(jìn)入第三流道之前的管路中，流量調(diào)節(jié)閥9可以采用電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)進(jìn)入第三流道的冷水的流量，用來保證產(chǎn)生的過冷水維持合適的過冷度，進(jìn)而能穩(wěn)定產(chǎn)生冰漿。還可以在制冰單元的管路中設(shè)置電磁流量計(jì)10，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通過的冷水的流量，方便控制。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，第一泵12與第三流道的入口之間設(shè)有冰晶過濾器11。冰晶過濾器11通常與第一泵12的出口處相連，用來過濾冷水中小冰晶，使得進(jìn)入第三流道的冷水中不含晶核，進(jìn)而保證過冷水的正常產(chǎn)生。第一泵12需要將蓄冰槽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，當(dāng)冰量較多時(shí)，會(huì)在蓄冰槽13的底層中也存在少量的小冰晶，在泵的吸力作用下，很容易進(jìn)入第三流道中，這樣在第三流道中就容易產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象，而設(shè)置冰晶過濾器11對(duì)進(jìn)入第三流道的冷水進(jìn)行過濾，即減小了冰堵發(fā)生的幾率，提高制冰效率。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4的進(jìn)口與出口之間設(shè)有隔板401，用于改變液態(tài)介質(zhì)流向。如圖2中所示，液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4中盛放液態(tài)介質(zhì)403，用來吸收盤管402中的制冷劑的熱量，溫度升高，當(dāng)自融冰單元啟動(dòng)，液態(tài)介質(zhì)403開始循環(huán)。開啟第二泵3，液態(tài)介質(zhì)403從液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4的出口流出，輸送至第二流道，此時(shí)的液態(tài)介質(zhì)403溫度較高，高于第三流道中的過冷水的溫度，液態(tài)介質(zhì)403放熱，將第三流道中的冰逐漸融化，液態(tài)介質(zhì)403溫度降低，受第二泵3的驅(qū)動(dòng)，低溫的液態(tài)介質(zhì)403從液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4的進(jìn)口流入，形成一個(gè)循環(huán)回路。如圖2中所示的液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4，進(jìn)口與出口在同一側(cè)，在液態(tài)介質(zhì)403較少的情況下，若不設(shè)置隔板401，可能發(fā)生液態(tài)介質(zhì)403直接從進(jìn)口流向出口的現(xiàn)象，而不淹沒盤管402，此時(shí)就不會(huì)發(fā)生換熱現(xiàn)象，液態(tài)介質(zhì)存儲(chǔ)器4也就失去了其作用，這就是液態(tài)介質(zhì)403流路短路現(xiàn)象。設(shè)置隔板401后，隔板401可以改變液態(tài)介質(zhì)403的流向，液態(tài)介質(zhì)403在存儲(chǔ)器內(nèi)部流動(dòng)時(shí)往復(fù)折返，實(shí)現(xiàn)換熱，避免了這種短路現(xiàn)象。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，過冷卻解除器15的出口管路延伸至蓄冰槽13內(nèi)以形成出冰管路14，出冰管路14的出口設(shè)有向上的折彎。如圖1中所示，出冰管路14有一個(gè)向上的折彎，目的是減緩進(jìn)入蓄冰槽13中冰漿的速度。冰漿在泵的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的沖力，若出冰管路14豎直向下，冰漿在沖力作用下有可能直接沖至蓄冰槽13底部，再在第一泵12的作用下流向第三流道，這樣既會(huì)導(dǎo)致第三流道發(fā)生冰堵現(xiàn)象，又浪費(fèi)了制造出來的冰晶，使得制冰效率下降。將出冰管路14設(shè)置向上的折彎，會(huì)很好地起到緩沖作用，降低冰漿向下的沖力，使得冰漿較緩慢地落入蓄冰槽13中，提高制冰效率。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。