專利名稱：一種利用超聲波制備流態(tài)冰的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲波應(yīng)用、蒸發(fā)冷凍制冷、制取流態(tài)冰的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用超聲波霧化冷凍水進(jìn)行噴淋結(jié)合蒸發(fā)過冷過程制取流態(tài)冰和裝置。
背景技術(shù)：
相變蓄能技術(shù)是用于建筑節(jié)能領(lǐng)域降低建筑采暖/制冷能耗解決電力供需間矛盾的一項(xiàng)重要技術(shù)。冰蓄冷技術(shù)則是當(dāng)前相變蓄能技術(shù)的重要代表之一。冰蓄冷系統(tǒng)可以分為靜態(tài)冰蓄冷系統(tǒng)和動態(tài)冰蓄冷系統(tǒng)。靜態(tài)冰蓄冷系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用較為普遍，但存在著一定缺陷冷水與冰層明顯分層，增大了固/液界面的熱阻，降低了換熱效率，能量損耗大；制成的冰通常是靜態(tài)的塊狀冰，釋冷速度慢，且不利于運(yùn)送，缺乏靈活性。為了克服這些問題，動態(tài)冰蓄冷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。動態(tài)冰蓄冷系統(tǒng)中制取的冰為流體冰(二元冰、冰漿)，是以微小的冰晶與水溶液的混合物形式存在于蓄冷系統(tǒng)中。冰晶具有較大的傳熱面積，可以獲得較快的供冷速率和較好的溫度調(diào)解特性；提高了蓄冷密度，減小了蓄冰系統(tǒng)的占地面積及初投資；流態(tài)冰有良好的流動性，可以通過泵來輸送，蓄冷系統(tǒng)的靈活性也得到了大大提升。目前，流態(tài)冰的制取方法主要有直接接觸換熱法、刮削法、真空法、過冷水制流態(tài)冰法。這些方法分別存在著環(huán)保特性差、能耗大、真空狀態(tài)難于保持、水的過冷狀態(tài)不穩(wěn)定容易產(chǎn)生冰堵、蒸發(fā)溫度的控制要求非常精確難度甚高的缺點(diǎn)，因此研究開發(fā)新型高效的制取流態(tài)冰的方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種環(huán)保節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)施的基于超聲波霧化噴淋及蒸發(fā)過冷技術(shù)的制取流態(tài)冰的方法及裝置。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為
一種利用超聲波制備流態(tài)冰的裝置，包括超聲波霧化噴淋裝置和流態(tài)冰制冰室；所述超聲波霧化噴淋裝置包括超聲波發(fā)生器、能量轉(zhuǎn)換器和超聲波噴嘴。超聲波發(fā)生器、能量轉(zhuǎn)換器和超聲波噴嘴依次相連，超聲波噴嘴位于流態(tài)冰制冰室上端；流態(tài)冰制冰室上端有空氣入口，內(nèi)部有解冷器，下端有空氣出口與離心風(fēng)機(jī)相連；流態(tài)冰制冰室下端依次和冰水分離器、儲冰槽相連。一種利用超聲波制備流態(tài)冰的方法，采用以下步驟
(1)將儲存在冷凍水箱中的冷凍水抽出并送入超聲波霧化裝置中，霧化成均勻的霧狀顆粒通過超聲波噴嘴噴淋入流態(tài)冰制冰室中；
(2)低含濕量空氣經(jīng)空氣入口被送入流態(tài)冰制冰室，使霧化冷凍水溫度降低凝結(jié)成小冰晶；
(3)冰晶與未結(jié)冰的冷凍水經(jīng)冰水分離器分離，冰晶進(jìn)入儲冰槽，冷凍水經(jīng)水泵進(jìn)入冷凍水箱中；(4)流態(tài)冰制冰室排出的較高含濕空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)送去溶液深度除濕循環(huán)進(jìn)行除濕處理，再由空氣入口送入流態(tài)冰制冰室。冷凍水是利用蒸發(fā)冷凍預(yù)冷前置過程制取。本發(fā)明的技術(shù)方案是將傳統(tǒng)的真空法和過冷水法制流態(tài)冰技術(shù)相結(jié)合，同時利用超聲波霧化噴淋技術(shù)，并輔以蒸發(fā)冷凍預(yù)冷過程及溶液深度除濕循環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。超聲波霧化噴淋蒸發(fā)過冷制取流態(tài)冰的方法，包括超聲波霧化和蒸發(fā)過冷制取流態(tài)冰兩個過程。其具體方案如下首先利用蒸發(fā)冷凍預(yù)冷過程制取冷凍水，蒸發(fā)冷凍預(yù)冷過程實(shí)際上就是在非常溫工況下的蒸發(fā)冷卻過程，該過程是本方案的前處理過程，產(chǎn)生的冷凍水存儲在冷凍水箱中；然后將溫度在o°c以上的冷凍水通過水泵從冷凍水箱中抽出并送入超聲波霧化裝置中，冷凍水被超聲波霧化裝置霧化成均勻的霧狀顆粒通過霧化噴嘴噴淋入制冰室中；另一方面，低含濕量的空氣也同時被送入蒸發(fā)制冰室中，空氣的干球溫度與含濕量通過溶液深度除濕循環(huán)被控制在適當(dāng)?shù)臄?shù)值，這使得空氣的濕球溫度保持在0°c以下，將制冰室內(nèi)的壓力維持在三相點(diǎn)壓力(611. 73Pa)之下，則在制冰室內(nèi)由超聲波噴霧產(chǎn)生的霧滴表面不斷汽化，并吸收汽化熱，使得液滴溫度將逐漸降低，直到達(dá)到冰點(diǎn)溫度，凝結(jié)成小冰晶；制冰室內(nèi)的壓力可以保持在611Pa以下或者是真空狀態(tài)，此時霧滴將被冷卻到過冷狀態(tài)。被過冷的水滴用解冷器進(jìn)行處理，水滴解除過冷水狀態(tài)后成為冰晶，生成的冰晶可以與未結(jié)冰的部分水混在一起經(jīng)過冰水分離器進(jìn)行分離，將冰晶用于制取流態(tài)冰，將多余的冷凍水收回進(jìn)冷凍水箱繼續(xù)利用。而從制冰室出來的較高含濕量的空氣可以通入溶液深度除濕裝置中進(jìn)行除濕，除濕過后的低含濕量的空氣再重新進(jìn)入制冰室中繼續(xù)用于制冰。本發(fā)明的有益效果如下。I、本發(fā)明主要以水作為循環(huán)工質(zhì)，減少了對環(huán)境的污染；相對于傳統(tǒng)的方法節(jié)省了大量的電能，實(shí)現(xiàn)了能源利用的可持續(xù)性發(fā)展。2、本裝置中的超生波霧化裝置使水霧化，其霧化粒度細(xì)，質(zhì)量較高，霧化?？砷L期懸浮在空中，有利于蒸發(fā)冷凍過冷過程，效果甚佳。超聲波霧化與其它方式霧化方式相比， 它具有無噪音、能耗低、設(shè)備體積小、價格低，能方便地對霧化顆粒進(jìn)行更精確、迅速的控制，并且能用于帶壓力的環(huán)境，因此非常適用于在空調(diào)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)設(shè)備中對環(huán)境濕度進(jìn)行控制。3、本方法和裝置為流態(tài)冰的制取提供了一種可行的方法與方案，只需要將技術(shù)已經(jīng)很成熟的超聲波霧化裝置加以改造和蒸發(fā)過冷制冰室相結(jié)合即可。


圖I是本發(fā)明一種利用超聲波制備流態(tài)冰的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。一種利用超聲波霧化蒸發(fā)過冷制取流態(tài)冰的方法，包含超聲波霧化和蒸發(fā)過冷兩個主要過程，其具體步驟如下冷凍水被送入超聲波霧化裝置中霧化，然后噴入蒸發(fā)制冰室中，低溫低含濕量的空氣也被通入制冰室內(nèi)，霧滴在制冰室內(nèi)成冰或達(dá)到過冷態(tài)，經(jīng)解冷裝置解冷并在成冰裝置上形成流態(tài)冰。
本發(fā)明首先利用蒸發(fā)冷凍預(yù)冷前置過程制取冷凍水，儲存在冷凍水箱8中，然后將冷凍水通過水泵12送入超聲波霧化噴淋裝置。超聲波霧化噴淋裝置包括超聲波發(fā)生器 I、能量轉(zhuǎn)換器2、超聲波噴嘴3。開啟超聲波噴嘴3將冷凍水霧化噴淋入制冰室4，同時將低含濕量空氣通過空氣入口 10送入制冰室4。霧化程度非常高的霧滴在低溫低含濕量的環(huán)境中蒸發(fā)過冷形成冰晶或者過冷水，低溫低含濕量的空氣是由溶液深度除濕過程處理得到的。也可以將制冰室4維持在真空狀態(tài)，霧滴在真空環(huán)境下能夠形成過冷水。制冰室4中產(chǎn)生的過冷水隨后經(jīng)解冷器5進(jìn)行解冷，然后將冰水混合物通過冰水分離裝置6分離，冰晶進(jìn)入儲冰槽7，多余的冷凍水經(jīng)水泵11送入冷凍水箱8中。制冰室4排出的較高含濕量空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)9同樣送入溶液深度除濕循環(huán)進(jìn)行除濕處理，然后再由入口 10進(jìn)入制冰室4。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波制備流態(tài)冰的裝置，其特征在于包括超聲波霧化噴淋裝置和流態(tài)冰制冰室；所述超聲波霧化噴淋裝置包括超聲波發(fā)生器、能量轉(zhuǎn)換器和超聲波噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述超聲波發(fā)生器、能量轉(zhuǎn)換器和超聲波噴嘴依次相連，超聲波噴嘴位于流態(tài)冰制冰室上端；流態(tài)冰制冰室上端有空氣入口，內(nèi)部有解冷器，下端有空氣出口與離心風(fēng)機(jī)相連；流態(tài)冰制冰室下端依次和冰水分離器、儲冰槽相連。
3.一種利用超聲波制備流態(tài)冰的方法，其特征在于采用以下步驟(1)將儲存在冷凍水箱中的冷凍水抽出并送入超聲波霧化裝置中，霧化成均勻的霧狀顆粒通過超聲波噴嘴噴淋入流態(tài)冰制冰室中；(2)低含濕量空氣經(jīng)空氣入口被送入流態(tài)冰制冰室，使霧化冷凍水溫度降低凝結(jié)成小冰晶；(3)冰晶與未結(jié)冰的冷凍水經(jīng)冰水分離器分離，冰晶進(jìn)入儲冰槽，冷凍水經(jīng)水泵進(jìn)入冷凍水箱中；(4)流態(tài)冰制冰室排出的較高含濕空氣經(jīng)離心風(fēng)機(jī)送去溶液深度除濕循環(huán)進(jìn)行除濕處理，再由空氣入口送入流態(tài)冰制冰室。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述冷凍水是利用蒸發(fā)冷凍預(yù)冷前置過程制取。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用超聲波制備流態(tài)冰的方法和裝置，制備裝置包括超聲波霧化噴淋裝置和流態(tài)冰制冰室；超聲波霧化噴淋裝置包括超聲波發(fā)生器、能量轉(zhuǎn)換器和超聲波噴嘴。制備方法是將儲存在冷凍水箱中的冷凍水抽出并送入超聲波霧化裝置中，霧化成均勻的霧狀顆粒通過超聲波噴嘴噴淋入流態(tài)冰制冰室中；低含濕量空氣經(jīng)空氣入口被送入流態(tài)冰制冰室，使霧化冷凍水溫度降低凝結(jié)成小冰晶。本發(fā)明主要以水作為循環(huán)工質(zhì)，減少了對環(huán)境的污染；相對于傳統(tǒng)的方法節(jié)省了大量的電能，實(shí)現(xiàn)了能源利用的可持續(xù)性發(fā)展。
文檔編號F25C1/00GK102589221SQ20121008859
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者張小松, 殷勇高, 陳瑤 申請人:蘇州市思瑪特電力科技有限公司