專利名稱：一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元冰系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制冰系統(tǒng)，特別涉及一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元 冰系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們在享受著由于生活水平提高和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展所帶來的極大便 利的同時，也帶來了一些問題。由于人們越來越追求生活質(zhì)量，對空調(diào)舒適性 的需求日益強烈，空調(diào)的日益增多對電力的供應(yīng)提出了嚴峻的考驗。以上海地
區(qū)為例，用電高峰負荷每年幾乎以10%的速度增長，而用電峰谷差也幾乎以 10%的速度增長。實際上全國用電情況和上海地區(qū)基本相似?？照{(diào)蓄冷技術(shù)是
改善電力供需矛盾的最有效的技術(shù)措施之一，它是在夜間用電低谷時，機組運 行制冷，將蓄冷介質(zhì)的顯熱或潛熱以冷量形式儲存起來，然而在白天用電高峰 時停止機組運行，而將儲存的冷量釋放出來，滿足建筑物空調(diào)或生產(chǎn)工藝的冷 負荷需要，實現(xiàn)"移峰填谷"，減少發(fā)電機組總裝機容量，提高發(fā)電效率。因 此蓄冷技術(shù)的研究與應(yīng)用對于加強空調(diào)節(jié)能，合理利用能源并進一步改善能源 利用率，促進能源、經(jīng)濟和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展具有非常重要的意義。
目前蓄冷空調(diào)的常用介質(zhì)為水、冰、共晶鹽等。二元冰(binary ice)是近 年來世界各國競相開發(fā)研究的新型介質(zhì)，它是將混合溶液(水與乙二醇或丙二 醇溶液)降溫至凍結(jié)點溫度以下產(chǎn)生冰晶，而形成的極細小的冰晶(一般為 0.05 0.15mm)與水的混合物。由于其生成形式類似于雪花，即自結(jié)晶核以三 維空間向外生長而成，生成后成為一種游漿狀的液冰，因此它又被稱為顆粒流 冰、深冷冰(deep chill ice)、液冰(liquid ice)、流冰(fluid ice)、冰漿(ice slurry) 和可泵送冰(pumpable ice)等。二元冰是一種可泵送的冰漿，具有液體冰的 熱力學(xué)物理特性，即極好的傳熱性、很高的冷卻性能、高潛熱和合理化的能耗， 從而能達到極高的制冷效率。與其它介質(zhì)相比，二元冰冷卻速度更快、冷卻效 果更好(二元冰的制冷容量是冷凍水的4-6倍且其冷卻溫度更低)。目前國內(nèi)外制取二元冰的方法大致可以歸納為以下五種
(1) 刮削制備法
采用海水(或淡水中添加少量鹽或乙二醇)制取，制冰主要部件是一冰筒(蒸 發(fā)器)，冰筒設(shè)計成內(nèi)外套筒結(jié)構(gòu)，制冷工質(zhì)在內(nèi)筒和外筒之間蒸發(fā)。在內(nèi)筒中 裝有快速旋轉(zhuǎn)的機械刮板，由獨立電機驅(qū)動，刮板緊貼內(nèi)壁轉(zhuǎn)動以避免冰晶顆 粒凍結(jié)在筒壁上，海水由內(nèi)筒下方進入，制成的二元冰由上方流出，由于機械 刮板的作用，蒸發(fā)器內(nèi)筒壁有較高的換熱系數(shù)，但需要消耗額外動力。二元冰
的含冰量通常在30% 60%，可根據(jù)鹽水濃度和蒸發(fā)溫度進行變化。
(2) 過冷水連續(xù)制備法
水或水溶液被冷卻，其溫度低于凝固點時還保持液態(tài)，這種狀態(tài)稱作水或 水溶液的過冷，它是一種亞穩(wěn)定狀態(tài)，過冷水受到擾動后處于過冷狀態(tài)的水將 結(jié)冰。過冷水連續(xù)制冰是利用此原理發(fā)展起來的一種制冰方式。將水控制在非 常穩(wěn)定的流動狀態(tài)下對其降溫，使之達到過冷狀態(tài)而不讓其結(jié)冰，目前技術(shù)可 達-3。C左右。然后通過過冷解除裝置，如讓流動的過冷水撞擊固體表面，突然增 加其擾動，破壞過冷狀態(tài)，使之析出冰晶顆粒，過冷水連續(xù)制冰制出的冰通常 為泥狀冰，是一種冰水混合物，其中的冰晶呈細小的片狀或針狀。主要缺陷在 于過冷器內(nèi)結(jié)冰發(fā)生過于頻繁，頻繁的融冰動作使得系統(tǒng)的可靠性和效率下降。 另外，水的過冷度較低也限制了制冰速率的提高。如何增大過冷水的過冷度并 保持其穩(wěn)定性是目前研究的方向。
(3) 直接接觸式制備法 系統(tǒng)中載冷劑通過換熱器獲得制冷系統(tǒng)冷量后，溫度降至-l(TC左右，經(jīng)噴
嘴噴入制冰罐溶液中，溶液獲得冷量后溫度降低，系統(tǒng)中必須使用特殊溶液， 以保證溶液形成二元冰后，載冷劑能從冰漿中析出，使載冷劑回到換熱器，為 制冰罐循環(huán)地提供冷量，從而進行連續(xù)動態(tài)制冰。當(dāng)制冰罐中的二元冰達到一 定濃度和質(zhì)量后由重力作用進入儲冰罐，儲冰罐中的二元冰通過泵輸送到用戶 端，為其提供冷量。釋放冷量后二元冰變成液體后返回儲冰罐，當(dāng)儲冰罐中二 元冰的含冰率低于設(shè)定要求時，液體被泵抽回制冰罐中，被重新用于制取二元 冰，制冷循環(huán)、制冰循環(huán)和融冰循環(huán)組成了一個動態(tài)制冰的蓄冷設(shè)備。
(4) 下降膜式制備法下降膜式二元冰制備是在普通垂直滿液式殼管式換熱器內(nèi)進行的，其內(nèi)部 的下降膜是由旋轉(zhuǎn)桿在下降的過冷溶液上運動所形成的，為了防止形成的固態(tài) 冰粘接在管道的內(nèi)表面上，可通過該旋轉(zhuǎn)桿攪動溶液，并使溶液變?yōu)槲⑿〉亩?元冰晶，匯集于槽的底部。通過單獨調(diào)節(jié)吸入壓力或溶液的流量或同時調(diào)節(jié)兩 者，完成對含冰率及容量的控制。
(5)流化床制備法
荷蘭Delft大學(xué)J. W.Meewisse[2]在工業(yè)用流化床換熱器基礎(chǔ)上開發(fā)了冰漿 制取裝置。制冷劑在管外蒸發(fā)，管內(nèi)水在向上的紊流中，大量直徑lmm 5mm的 不銹鋼珠頻繁地撞擊和破碎黏附于壁面的冰晶粒子，可避免冰晶在壁面的沉積 并保持較高的傳熱速率。
上述幾種制備方式都存在不少缺點，體現(xiàn)在上述方式由于其制冰過程的特 殊性，需要設(shè)計特殊的蒸發(fā)器。例如，過冷水制冰法對蒸發(fā)溫度的控制要求非 常精確，技術(shù)難度甚高，而且經(jīng)過過冷器一次冷卻后的IPF為2%，故達到一定 的IPF，水泵的能耗較高，而且過冷器內(nèi)結(jié)冰發(fā)生過于頻繁，必要的融冰措施降 低了系統(tǒng)的可靠性和能效。直接接觸式制冰要求相接觸的兩種介質(zhì)不互相溶解， 因此制冷劑的選擇范圍較窄，且運行一段時間后存在性能衰減問題。刮削式制 冰必須配置有外部電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)葉片，其結(jié)構(gòu)及制造工藝復(fù)雜，能耗大，故 障率高。流化床制冰法系統(tǒng)運行時必須控制水在壁面的溫度和流速，以及冰晶 的尺寸，同時需要防止換熱管發(fā)生冰堵，要同時達到這些控制要求，實現(xiàn)起來 較為困難。由于上述制備方式都使用了傳統(tǒng)的CFC、 HCFC類制冷劑，隨著國內(nèi) 外對臭氧層破壞問題的日益關(guān)注，已形成對傳統(tǒng)制冷劑的沖擊，因此，設(shè)計出 一種新的二元冰制取系統(tǒng)非常重要。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種利用熱泵節(jié)能真空制取二 元冰系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以針對上述二元冰制取系統(tǒng)的不足，提供出一結(jié)構(gòu)簡單、 制冰效率高的二元冰制取系統(tǒng)。
本實用新型所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元冰系統(tǒng)，包括制冰罐、制冰罐上部的水蒸汽排出口、與水蒸汽排出口連接的吸收器以及與吸收器連接的吸收劑再生裝 置，其特征在于還包括一熱泵，所述熱泵包括一制熱部分和一制冷部分，所 述制冷部分通過管路與制冰罐、吸收器連接，所述制熱部分通過管路與吸收劑 再生裝置相連接。
所述吸收劑為液體吸收劑。
采用二元冰真空制取系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(1)熱效率高。傳統(tǒng)的制冰方式 存在冰層熱阻問題，而二元冰的真空制備是依據(jù)水的三相點原理，實現(xiàn)水的蒸 發(fā)與結(jié)冰同時進行，蒸發(fā)潛熱與凝固潛熱直接交換，熱效率高，降低制冷的運 行成本。(2)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。(3) 二元冰真空制備過程中供水一般采用 噴霧方式，故換熱迅速而充分，由于噴嘴出口處水的流速很高，不易發(fā)生冰堵。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白 了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
參見圖1， 一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元冰系統(tǒng)，包括制冰罐4、制冰 罐上部的水噴淋裝置3和水蒸汽排出口 10、與制冰罐4通過連接管道相連的真 空泵ll、水箱l、儲冰罐6，所述水噴淋裝置3通過連接管道經(jīng)供水泵2與上 游的水箱1相連，所述制冰罐4通過連接管道經(jīng)冰漿泵5與下游的儲冰罐6相 連，
還包括裝有吸收劑的吸收器7、回水泵9，在吸收器7和回水泵9之間設(shè) 置有吸收劑再生裝置8。吸收劑再生裝置8通過管路和吸收器7構(gòu)成循環(huán)。
還包括一熱泵12，所述熱泵包括一制熱部分和一制冷部分，所述制冷部分 通過管路與制冰罐、吸收器連接，所述制熱部分通過管路與吸收劑再生裝置相 連接。
所述吸收劑為液體吸收劑。
運行該系統(tǒng)時，首先開啟真空泵ll，抽取制冰罐4和吸收器6內(nèi)的空氣，
6使制冰罐4儲冰罐6內(nèi)的壓力降至預(yù)定壓力，然后運行吸收器1和吸收劑再生 裝置8，繼而開啟供水水泵2，使水箱1中的水經(jīng)供水水泵2輸送至水噴淋裝 置3。水噴淋裝置3噴出的細小水滴在制冰罐4內(nèi)水滴閃蒸，水蒸汽與結(jié)冰同 時進行，形成的二元冰積聚在制冰罐4的底部。制冰罐4內(nèi)水滴閃蒸出的水蒸 汽造成罐中壓力增大，打開排氣閥，經(jīng)空氣與水蒸汽排出口 10被吸收器7內(nèi) 的吸收劑吸收。熱泵12工作，將吸收器7和制冰罐4的熱量提供給吸收劑再 生裝置8。吸收劑吸收水蒸氣后經(jīng)吸收劑再生裝置8再生后重復(fù)利用，吸收劑 再生后分離出的水由回水泵9通過管路輸送至水箱1 ，以達到回收利用的目的。 工作一段時間后，開啟冰槳泵5，將制冰罐4底部積聚的二元冰漿經(jīng)管路輸送 至儲冰罐6供用戶使用。
本實用新型采用帶熱泵的溶液驅(qū)動的真空制二元冰系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng) 熱效率，降低制冷的運行成本，達到節(jié)能的目的。
以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu) 點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實 施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神 和范圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要 求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及 其等同物界定。
權(quán)利要求1、一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元冰系統(tǒng)，包括制冰罐、制冰罐上部的水蒸汽排出口、與水蒸汽排出口連接的吸收器以及與吸收器連接的吸收劑再生裝置，其特征在于還包括一熱泵，所述熱泵包括一制熱部分和一制冷部分，所述制冷部分通過管路與制冰罐、吸收器連接，所述制熱部分通過管路與吸收劑再生裝置相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元冰系統(tǒng)，其特 征在于，所述吸收劑為液體吸收劑。
專利摘要一種利用熱泵節(jié)能真空制取二元冰系統(tǒng)包括制冰罐、制冰罐上部的水蒸汽排出口、與水蒸汽排出口連接的吸收器以及與吸收器連接的吸收劑再生裝置，其特征在于還包括一熱泵，所述熱泵包括一制熱部分和一制冷部分，所述制冷部分通過管路與制冰罐、吸收器連接，所述制熱部分通過管路與吸收劑再生裝置相連接。所述吸收劑為液體吸收劑。本實用新型采用帶熱泵的溶液驅(qū)動的真空制二元冰系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)熱效率，降低制冷的運行成本，達到節(jié)能的目的。
文檔編號F25C1/00GK201277771SQ200820152589
公開日2009年7月22日 申請日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者施敏敏, 楊鵬程, 王文國, 章學(xué)來 申請人:上海海事大學(xué)