本公開涉及換熱器，尤其涉及一種冰晶消除結(jié)構(gòu)、溫度控制系統(tǒng)和制冰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、冰漿，又稱流態(tài)冰或可泵冰，是一種處于流動狀態(tài)的冷凍水混合物。作為一種相變載冷劑，其同時具有水的流動性和冰的相變潛熱。冰漿在食品保鮮、食品加工和冰蓄冷等領(lǐng)域得到廣泛運用。制取冰漿通常采用過冷水動態(tài)制冰法、切削法、降膜法、噴射法等方法，其中過冷水動態(tài)制冰法為目前運用廣泛且能效最高的制取冰漿方法。其原理在于：水在凝固時需要在液態(tài)水中形成冰核，冰核吸收潛熱長大后結(jié)冰。形成冰核需要一定的過冷度。因此，水可在常壓零度以下以液態(tài)的形式存在，即過冷水。將過冷水輸往蓄冰池，通過碰撞、超聲波激發(fā)等手段使其凝固溫升制取冰漿。由于凝固所需潛熱比過冷水顯熱大得多，因此僅會有部分水凝固成冰，大部分水保持液態(tài)并溫升至零度。這部分水加上補水將送往過換熱器入口繼續(xù)被冷卻成過冷水。

2、在制冰系統(tǒng)中，返回換熱器進水口的冷水仍然存在冰晶，其極易再次結(jié)冰而產(chǎn)生凍管現(xiàn)象。為防止發(fā)生凍管，需要去除返回換熱器進水口的冷水中的冰晶。常用的去除冰晶方法是采用具有多層濾網(wǎng)的大型沉降式換熱器，需引入外部熱源，因為濾網(wǎng)始終存在孔隙而無法完全去除水中存在的冰晶。此外，采用熱管式換熱器的去除冰晶結(jié)構(gòu)因為左右進水無法最大程度利用水箱的沉降空間且單一浸泡式換熱設(shè)計使得冰晶可能無法完全消除。這樣，返回換熱器進水口的冷水中仍存在冰晶，易出現(xiàn)凍管現(xiàn)象。

3、同時，在去除冷水中的冰晶過程中，一般要求既要去除冰晶，又要使冷水的溫度上升很小(一般上升0.5-1℃)。這要求去除冰晶的結(jié)構(gòu)除了需要性能優(yōu)異的強化換熱結(jié)構(gòu)，也需要較為精準的控制系統(tǒng)。

4、為解決上述問題，期望對現(xiàn)有技術(shù)的制冰系統(tǒng)進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本公開提供一種冰晶消除結(jié)構(gòu)和溫度控制系統(tǒng)，以及包含冰晶消除結(jié)構(gòu)和/或溫度控制系統(tǒng)的制冰系統(tǒng)。

2、在一個方面，本公開提供了一種冰晶消除結(jié)構(gòu)。所述冰晶消除結(jié)構(gòu)設(shè)置在連通制冰系統(tǒng)的水箱和降膜式蒸發(fā)器的補水旁路中。所述冰晶消除結(jié)構(gòu)包括熱管換熱器，所述熱管換熱器具有蒸發(fā)段、冷凝段和位于蒸發(fā)段與冷凝段之間的絕熱段。所述冷凝段設(shè)置在補水旁路中。所述蒸發(fā)段設(shè)置在制冰系統(tǒng)的殼管式冷凝器的殼側(cè)內(nèi)，以通過與殼管式冷凝器的殼側(cè)內(nèi)的高溫氣態(tài)冷媒進行熱交換而吸收熱量。所述熱管換熱器配置成將蒸發(fā)段吸收的熱量經(jīng)由絕熱段傳遞到冷凝段，再由冷凝段將熱量傳遞至冰晶消除結(jié)構(gòu)內(nèi)的含冰晶的冰水以融化冰晶。

3、由此，本公開的冰晶消除結(jié)構(gòu)通過與殼管式冷凝器殼側(cè)的一部分氣態(tài)高溫冷媒進行熱交換而獲得熱量并且經(jīng)由熱管換熱器進行傳熱，以融化流經(jīng)冰晶消除結(jié)構(gòu)的冰水中的冰晶，不僅傳熱效率高，而且不需要引入外部熱源就能防止發(fā)生凍管現(xiàn)象。

4、在一個或多個實施例中，所述冰晶消除結(jié)構(gòu)還包括下箱體和上箱體。所述熱管換熱器包括多根灌裝有液態(tài)傳熱介質(zhì)的封閉的熱管。每根熱管具有蒸發(fā)部、冷凝部和位于蒸發(fā)部與冷凝部之間的絕熱部。所述多根熱管的蒸發(fā)部封裝在下箱體內(nèi)以構(gòu)成所述蒸發(fā)段；所述多根熱管的冷凝部封裝在上箱體內(nèi)以構(gòu)成所述冷凝段，所述多根熱管的絕熱部構(gòu)成所述絕熱段。

5、由此，通過簡單地布局多根熱管構(gòu)成的熱管換熱器可提供高效的熱傳遞。

6、在一個或多個實施例中，所述上箱體內(nèi)設(shè)有多個上套筒。每根熱管的冷凝部插入相應(yīng)上套筒內(nèi)，從而在冷凝部與上套筒之間形成冰水流動通道。

7、由此，冰水流動通道使得冰水可更近距離地與各熱管的冷凝部接觸以進行高效的熱交換，而且，冰水流動通道的設(shè)置延長了冰水在上箱體內(nèi)的流動路徑，從而增加了冰水在上箱體內(nèi)的滯留換熱時間，因而提升冰晶的消融效率。

8、在一個或多個實施例中，所述上箱體在上部部分具有位于上游側(cè)的第一入口端口和位于下游側(cè)的第二出口端口，與水箱連通的第一矩形管插入第一入口端口內(nèi)以供給含冰晶的冰水，第二矩形管連接至第二出口端口，以將經(jīng)融冰所得的補水輸送到降膜式蒸發(fā)器。

9、由此，第一矩形管和第二矩形的矩形結(jié)構(gòu)適于與熱管換熱器的呈長方體構(gòu)造的冷凝段相匹配，從而有效率地傳輸更多的冰水和補水。

10、在一個或多個實施例中，所述第一矩形管的下表面設(shè)有多個孔。第一矩形管布置成穿過第一入口端口延伸到上箱體內(nèi)以使得所述多個孔對準所述多個上套筒的上開放端口，從而允許含冰晶的冰水流入所述冰水流動通道內(nèi)。

11、由此，多股冰水可互不干擾地且更近距離地與各熱管的冷凝部接觸以進行高效的熱交換，從而提升冰晶的消融效率。

12、在一個或多個實施例中，所述第二矩形管的上表面設(shè)置成與第一矩形管的下表面齊平。

13、由此，冰水流動通道內(nèi)的冰水能夠在上箱體內(nèi)緩慢堆積以增加冰水的停留時間，從而有利于冰水中剩余冰晶在上箱體底部沉降而最終融化，進一步提升融冰效率。

14、在一個或多個實施例中，所述下箱體內(nèi)設(shè)有多個下套筒，每根熱管的蒸發(fā)部插入相應(yīng)下套筒內(nèi)，所述下套筒具有直徑和高度，從殼管式冷凝器經(jīng)由熱管換熱器傳遞至含冰晶的冰水的最大換熱量基于熱管的直徑、下套筒的直徑和下套筒的高度而確定。

15、由此，熱管的直徑、下套筒的直徑和下套筒的高度限定了從殼管式冷凝器經(jīng)由熱管換熱器傳遞至含冰晶的冰水的最大換熱量。

16、在一個或多個實施例中，所述上套筒的內(nèi)表面設(shè)有多個內(nèi)翅，而所述熱管的冷凝部的外表面設(shè)有多個外翅。

17、由此，在所述多個內(nèi)翅和所述多個外翅之間形成蜿蜒曲折的延長的冰水流動通道，從而增大了冰水在冰水流動通道內(nèi)的滯留換熱時間，有助于提升冰晶的消融效率。

18、在一個或多個實施例中，所述多個內(nèi)翅和所述多個外翅的尺寸設(shè)置成適于在冰水流動通道內(nèi)產(chǎn)生旋渦。

19、由此，旋渦的產(chǎn)生不僅增加了冰水的換熱時間而且實現(xiàn)了冰晶的梯度分離，進一步提升冰晶的消融效率。

20、在一個或多個實施例中，所述多個內(nèi)翅和所述多個外翅具有下述尺寸設(shè)置：l1在1.5mm和3.0mm之間；l2取值為0.2l1-0.5l1；l3和l4均取值為0.08l1-0.12l1；l5取值為0.4l1-0.7l1；l6取值為0.2l1-0.4l1；l7取值為1.5l1-2.2l1；l8取值為1.5l1-2.5l1。其中l(wèi)1為熱管冷凝部外翅折邊段長度；l2為熱管冷凝部外翅伸出段和上套筒內(nèi)翅伸出段之間的距離；l3為熱管冷凝段基管外壁和上套筒內(nèi)翅伸出段之間的間隙；l4為熱管冷凝段基管外壁和上套筒內(nèi)翅折邊段之間的間隙；l5為上套筒內(nèi)翅折邊段和上套筒基管內(nèi)壁之間的間隙；l6為熱管冷凝部外翅折邊段和上套筒內(nèi)翅折邊段之間的間隙；l7為熱管冷凝段外翅折邊段和上套筒基管內(nèi)壁之間的間隙；l8為相鄰兩個上套筒內(nèi)翅伸出段之間的距離。

21、由此，上述參數(shù)的尺寸設(shè)計有利于增加冰水在冰水流動通道內(nèi)的滯留換熱時間和促進冰晶的梯度分離，從而提升冰晶的消融效率。

22、在另一方面，本公開提供了一種溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)包括根據(jù)本公開的冰晶消除結(jié)構(gòu)。所述溫度控制系統(tǒng)還包括布置在補水旁路的相對于冰晶消除結(jié)構(gòu)下游的溫度控制組件，以探測從冰晶消除結(jié)構(gòu)流出補水的溫度并將所述溫度控制在期望溫度范圍內(nèi)。

23、由此，溫度控制系統(tǒng)提供對從冰晶消除結(jié)構(gòu)流出補水的溫度的精確控制。

24、在一個或多個實施例中，所述溫度控制組件包括控制器和溫度探頭，所述控制器通過位于冰晶消除結(jié)構(gòu)下游的第二矩形管連接至冰晶消除結(jié)構(gòu)，所述溫度探頭的一端連接至控制器且另一端插入第二矩形管內(nèi)以探測補水的溫度。

25、由此，溫度控制組件實現(xiàn)對補水溫度的即時探測。

26、在一個或多個實施例中，所述溫度控制組件還包括傳動機構(gòu)，所述傳動機構(gòu)連接到控制器的底部，并且連接到冰晶消除結(jié)構(gòu)的下箱體的可動底板，以基于溫度探頭探測的溫度而驅(qū)動可動底板在升高位置和下降位置之間上下移動。

27、由此，溫度控制系統(tǒng)提供對從冰晶消除結(jié)構(gòu)流出補水的溫度的動態(tài)控制。

28、在一個或多個實施例中，每根熱管的蒸發(fā)部插入相應(yīng)下套筒內(nèi)以在蒸發(fā)部與下套筒之間形成用于貯存高溫液態(tài)冷媒的貯存室，貯存室中的高溫液態(tài)冷媒的液位高度影響熱管換熱器的蒸發(fā)段的換熱面積。

29、由此，溫度控制系統(tǒng)與貯存室中的高溫液態(tài)冷媒的液位高度相關(guān)聯(lián)地對補水溫度進行動態(tài)控制。

30、在一個或多個實施例中，每個下套筒的底部設(shè)有底部開口，所述可動底板的上表面設(shè)有多個與相應(yīng)的底部開口進行配合密封的凸起。

31、由此，通過改變底部開口和凸起的配合密封狀況來改變貯存室中的高溫液態(tài)冷媒的液位高度。

32、在一個或多個實施例中，所述凸起為圓柱形的。

33、由此，圓柱形凸起提供了與底部開口的緊密配合密封。

34、在一個或多個實施例中，在可動底板和下箱體之間存在間隙，以允許高溫氣態(tài)冷媒進入下箱體內(nèi)而與蒸發(fā)段進行換熱，以及允許從底部開孔流出的高溫液態(tài)冷媒從所述間隙流走。

35、由此，間隙的設(shè)置允許高溫氣態(tài)冷媒和高溫液態(tài)冷媒自由進出下箱體。

36、在一個或多個實施例中，所述可動底板構(gòu)造成：當溫度探頭探測的溫度低于溫度下限時，由傳動機構(gòu)驅(qū)動而向下移動到下降位置以打開底部開孔，從而允許降低貯存室中高溫液態(tài)冷媒的液位高度來增大蒸發(fā)部的換熱面積；當溫度探頭探測的溫度高于溫度上限時，由傳動機構(gòu)驅(qū)動而向上移動到升高位置以堵塞底部開孔，從而隨著貯存室中高溫液態(tài)冷媒的液位高度逐漸上升而逐步減小蒸發(fā)部的換熱面積。

37、由此，通過控制可動底板的上下移動來改變貯存室內(nèi)的高溫液態(tài)冷媒的液位高度，從而改變換熱面積以及相應(yīng)地改變換熱量，以將補水溫度控制在期望溫度范圍內(nèi)。

38、在一個或多個實施例中，所述傳動機構(gòu)通過液壓驅(qū)動器、氣動驅(qū)動器或機械驅(qū)動器驅(qū)動以帶動可動底板上下移動。

39、由此，傳動機構(gòu)可通過多種方式帶動可動底板上下移動。

40、在一個或多個實施例中，傳動機構(gòu)包括傳動管道和t型桿，傳動管道安裝至可動底板的底部，t型桿構(gòu)造成能夠在傳動管道內(nèi)上下移動以帶動可動底板上下移動。

41、由此，傳動機構(gòu)通過簡單地驅(qū)動t型桿來帶動可動底板上下移動。

42、在一個或多個實施例中，傳動機構(gòu)還包括第一密封圈，所述第一密封圈設(shè)置在傳動管道內(nèi)部的凸環(huán)與臺階部之間，t型桿在下側(cè)通過液壓驅(qū)動器的液壓油加壓而從臺階部沿著傳動管道向上運動，以將可動底板帶動到升高位置，以及通過液壓油泄壓而在重力作用下向下運動返回臺階部以將可動底板帶動到下降位置。

43、由此，利用液壓驅(qū)動器的液壓油加壓和泄壓來驅(qū)動t型桿運動以帶動可動底板上下移動。

44、在一個或多個實施例中，傳動機構(gòu)還包括設(shè)置在可動底板的底部孔內(nèi)的第二密封圈和在底部孔下方的阻回塊，傳動管道穿過阻回塊和第二密封圈密封地安裝到底部孔。

45、由此，傳動機構(gòu)與可動底板密封且牢固地連接。

46、在又一方面，本公開提供了一種制冰系統(tǒng)，所述制冰系統(tǒng)包括根據(jù)本公開的冰晶消除結(jié)構(gòu)和/或根據(jù)本公開的溫度控制系統(tǒng)。

47、由此，以簡單的結(jié)構(gòu)布置來防止在制冰系統(tǒng)中發(fā)生凍管現(xiàn)象。