CN115900159B - 一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统，包括控制系统、人机交互系统（1）、制冰桶和压缩机（7），所述制冰桶，其内部主轴上，沿垂直方向等距离安装相同规格的雾状直喷头（15），加压海水通过主轴内部流道经雾状直喷头（15）将加压水流喷射到制冰桶内壁，海水均匀覆盖制冰桶内部，在单位时间以获得更大的换热面积，进而大大提高了制冰效率，同时在主轴底部设置补偿制冰段以减少海水残余量，制冰桶底部设置有接水槽，以分离制冰过程中的残留海水；本发明适用于海水制冰领域，响应速度快、制冰厚度可调、大大提高了制冰碎冰效率和换热效率，同时实现了人机交互和信息记录功能。

Description

一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统

技术领域

本发明属于海水制冰领域，其涉及一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统。

背景技术

我国的水产品的最终消费群体，比较注重渔获的“新鲜”度，追求良好的口感和质感。从而对于产地、保鲜、食材以及后续加工方法都有较高的要求，从而形成很独特的消费习惯。所以，渔船专用制冷保鲜的技术和装备在国内需求十分旺盛。冷海水机、片冰机和保鲜机均需要有大幅、快速降温技术，方可以适应渔获量的大小，但是常规的制冰设备制冷性能低下、换热效率低和制冷面积利用率低，导致水产品易变质无法适应渔获量的大小。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统，其能够大大提高海水制冰系统的制冷效率和可靠性。

本发明基于雾状直喷给水式海水制冰系统，其特征在于：包括制冰桶、传动系统、加压水系统和压缩机制冷系统，所述制冰桶包括内筒壁、外筒壁，以及设在内筒壁与外筒壁之间的制冷剂流道，所述制冷剂流道与压缩机制冷系统相连通，所述内筒壁的中心设有主轴，所述主轴上布设有向内筒壁内表面喷水的雾状直喷头，通过制冷剂流道使喷射在内筒壁内表面的水产生冷凝形成冰片；主轴内部设有与雾状直喷头连通的加压水流道，主轴的下端具有与加压水流道连通的进水口，所述进水口与加压水系统连通，主轴的上端与所述传动系统相连接以实现主轴的转动，所述主轴上设有与内筒壁的内表面相抵接的刮刀，在刮刀随着主轴转动时，将在内筒壁内表面上产生的冰片刮下，在制冰桶的下部设有冰片输出口。

优选的，上述刮刀的刀面呈螺旋状。

优选的，上述刮刀的上、下端转动铰接在支架上，所述支架固定设在主轴上，支架包括上片、下片和位于刮刀两侧的挡板，两个挡板的上、下端分别与上片、下片固定，碎冰过程中，刮刀在绕主轴旋转的基础上，通过本身的自转进行碎冰动作以获得更大碎冰效率。

优选的，上述上片、下片的形状相同，且为四分之一的圆弧板；所述传动系统包括电机输出端驱动转动的锥齿轮，所述锥齿轮与第二锥齿轮啮合，并且第二锥齿轮与第一直齿轮同轴固定连接，第一直齿轮与直齿轮啮合，直齿轮与主轴的上部伸出制冰桶的端部固定连接。

优选的，上述加压水系统将海水加压，经过滤网过滤后注入制冰桶的主轴的加压水流道内，通过雾状直喷头将海水以雾状的形式喷洒到制冰桶内壁后，经制冷剂在制冷剂流道中的换热，在制冰桶内筒壁内表面形成一定均匀厚度的冰片。

优选的，上述雾状直喷头等距安装在制冰桶主轴的轴向方向上，在主轴圆周方向均布设有三列雾状直喷头；雾状直喷头能调节喷头喷水口口径大小，同时能通过底部进水口阀门控制海水流量，进而改变喷射到制冰桶内壁上的海水量、雾状程度及喷射面积，以控制结冰速率及冰面厚度。

优选的，上述制冷剂流道与压缩机制冷系统是通过等距安装在制冰桶主轴上的雾状直喷头，将加压水流均匀喷射到制冰桶内壁，从而在单位时间内获得更大的换热面积，故得到更大的换热量，所述的换热量变化计算公式为：

其中：为换热量；为雾化系数；为材料传热系数；为平均温差；为单位时间的换热面积。

优选的，还包括有控制系统，所述控制系统包括滤波放大器、逻辑运算器、微控制器和压力传感器，将压缩机制冷系统中的压缩机送至的小于预设压差信号频点以外的频率进行有效滤除，提高抗干扰能力并进一步功率放大后送至控制回路。

优选的，上述微控制器是单片机和PLC中的一种，接收处理来自压缩机和人机交互界面输入的控制信号，并对各种控制信号输入的时间、大小信息进行记录，得出压缩机压差大于预设压差时对应的特征参数，包括发生时间、压差大小、工作温度等，为分析压缩机工作状态提供依据；所述压缩机在正常工作下能通过压力传感器和微控制器控制其压差保持在平衡状态，从而提高制冷剂的输送效率，缩短系统的制冰时间。

优选的，其制冰动作步骤如下：

（1）通过人机交互系统输入压缩机相对应的预设压差；

（2）控制系统和人机交互系统通过控制压缩机功率大小以维持系统压差维持平稳，从而适应实际所需的制冰效率；

（3）制冷剂通过螺旋状的制冷剂流道进入制冰桶内部进行预冷，预冷结束后，海水通过雾状直喷头将加压水流通过喷头均匀喷射到制冰桶内壁，喷头沿垂直方向等距离安装在制冰桶内壁的主轴上，随主轴一起转动；

（4）螺旋状的刮刀由传动系统带动，绕主轴旋转的基础上，通过本身的自转进行碎冰动作；

（5）通过人机交互系统将所述的工作特征信号进行储存以实时检测制冰系统工作状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明的基于雾状直喷给水式海水制冰系统，能够使加压海水通过雾状直喷头（15）将加压水流喷射到制冰桶（3）内壁，喷头沿垂直方向等距离安装在制冰桶（3）内壁的主轴上，随主轴一起转动，同时在主轴底部设置补偿制冰段以减少海水残余量，相较于制冰桶（3）顶部设置出水口，能更快将海水覆盖制冰桶（3）内部，进而获得更大的换热面积和更高的制冰效率，同时雾状直喷头（15）能调节喷头喷水口口径大小，也能通过底部进水口（10）阀门控制海水流量，进而改变喷射到制冰桶（3）内壁上的海水量、雾状程度及喷射面积，以控制结冰速率及冰面厚度，解决了现有海水制冰设备换热效率低和制冷面积利用率低的问题。

2、本发明的可控性强，能够实现人机交互和控制压缩机的实际压差与预设压差相等，也能够对各种控制信号输入的时间、大小等信息进行记录，得出压缩机工作时对应的特征参数，包括故障发生时间、压差大小、工作温度等，为分析压缩机工作状态提供依据，同时压缩机在正常工作下能通过压力传感器和微控制器控制其压差保持在平衡状态，从而提高制冷剂的输送效率，缩短系统的制冰时间。

附图说明

图1为本发明的一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统的控制过程示意图；

图2为本发明中制冰系统整体示意图；

图3为本发明中制冰桶内部螺旋状流道剖视图；

图4为本发明中传动机构、刮刀及雾状直喷头示意图；

图5为本发明中雾状直喷头位置排布图；

1-人机交互系统；2-传动系统；3-制冰桶；4-蓄水箱；5-无刷电机；6-过滤器；7-压缩机；8-锥齿轮；9-制冷流道；10-进水口；11-异步电机；12-轴承；13-直齿轮；14-刮刀；15-雾状直喷头；16-主轴；18-挡板；19-第二锥齿轮；20-第一直齿轮。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明基于雾状直喷给水式海水制冰系统，包括制冰桶3、传动系统2、加压水系统和压缩机制冷系统，所述制冰桶3包括内筒壁、外筒壁，内筒壁和外筒壁由不锈钢制成，具有良好的耐腐蚀性和导热性，在内筒壁与外筒壁之间设有制冷流道9，制冷剂流道与压缩机制冷系统相连通，所述内筒壁的中心设有主轴16，所述主轴上布设有向内筒壁内表面喷水的雾状直喷头15，通过制冷剂流道使喷射在内筒壁内表面的水产生冷凝形成冰片。

主轴内部设有与雾状直喷头15连通的加压水流道，主轴的下端具有与加压水流道连通的进水口10，所述进水口10与加压水系统连通，在加压水系统可以是水泵及管路输送海水进入进水口后，通过加压水流道从雾状直喷头15中喷出，主轴的上端与所述传动系统2相连接以实现主轴的转动，传动系统2可以是电机，或电机驱动的变速机构等，只要能够实现主轴转动即可，所述主轴上设有与内筒壁的内表面相抵接的刮刀14，在刮刀14随着主轴转动时，将在内筒壁内表面上产生的冰片刮下，在制冰桶的下部设有冰片输出口，在雾状直喷头15中喷出的水遇到内筒壁内表面产生冷凝形成冰片后，由刮刀14刮下，并从冰片输出口输出。

为了提高刮冰效果，刮刀14的上、下端转动铰接在支架上，所述支架固定设在主轴上，支架包括上片、下片和位于刮刀两侧的挡板18，两个挡板的上、下端分别与上片、下片固定，碎冰过程中，刮刀在绕主轴旋转的基础上，通过本身的自转进行碎冰动作以获得更大碎冰效率。

一种实施例是上述上片、下片的形状相同，且为四分之一的圆弧板；所述传动系统包括电机输出端驱动转动的锥齿轮8，所述锥齿轮与第二锥齿轮19啮合，并且第二锥齿轮19与第一直齿轮20同轴固定连接，第一直齿轮20与直齿轮13啮合，直齿轮13与主轴的上部伸出制冰桶的端部固定连接。

本发明具体的构造和实施例如下所述：

图1所示为本发明的控制过程示意图，包括控制系统、制冰桶3和压缩机7，所述控制系统通过人机交互界面设置好预设压差，在压缩机制冷系统的压缩机7开始工作时，通过控制系统控制压缩机功率变化，以稳定压缩机工作时的压差，进而控制制冷剂的输送速率，最后通过雾状直喷头15和螺旋状的刮刀14在制冰桶3内壁进行制冰和碎冰动作。

制冰系统如图2所示，其中：包括有人机交互系统1、传动系统2、制冰桶3、用于蓄水的蓄水箱4、无刷电机5、过滤器6和压缩机7，人机交互系统1中包含控制系统，通过人机交互界面所输入的指令来控制整体制冰过程的运转，压缩机7与过滤器6相连接，制冷剂经过滤器过滤后6，将其注入制冰桶3内部的制冷流道9，从而完成对制冰桶3的预冷；该系统通过压缩机7和控制系统的相互配合能够保证制冷剂的传输速率与制冰速率相匹配，以获得更小的能量消耗；通过压缩机7与过滤器6之间的配合以避免液态制冷剂回流造成压缩机7故障，加压水系统从蓄水箱4中抽水并输送往进水口10。

制冰桶3示意图如图3所示，所述的制冰桶3由刮刀14、雾状直喷头15、进水口10、出冰口冰片输出口构成，在制冰桶3中，其顶部设有传动系统2通过锥齿轮8和直齿轮13的相互配合，使传动过程更加稳定可靠，内筒壁和外筒壁之间设置螺旋形结构制冷剂流道，以增大换热效率，从而提高制冰效率，主轴内部设有加压水流道，该流道连接加压水系统和雾状直喷头15，在制冰桶3主轴上安装螺旋状刮刀14、挡板和雾状直喷头15，通过主轴旋转带动喷头和刮刀14进行制冰、碎冰动作，同时制冰桶内壁底部设有辅助制冷段和接水槽，能最大程度降低残余的海水量并将残余海水与冰片分离。

制冰、碎冰过程如图4所示，其中：包括雾状直喷头15、刮刀14和传动系统2，所述制冰过程是：制冷剂通过螺旋状流道进入制冰桶3内部进行预冷，预冷结束后，海水通过加压水系统加压，经过滤网过滤后注入制冰桶3的主轴内流道，雾状直喷头15将加压海水以雾状的形式喷洒到制冰桶3内壁，经制冷剂换热在制冰桶3内壁形成一定均匀厚度的冰片，喷头沿垂直方向等距离安装在制冰桶3内壁的主轴上，随主轴一起转动，同时在主轴底部设置可以设有补偿制冰段以减少海水残余量，相较于制冰桶3顶部设置出水口，能更快将海水覆盖制冰桶3内部，进而获得更大的换热面积和更大的制冰效率，所述碎冰过程是：螺旋状刮刀14通过主轴16与传动系统2连接，在绕中心轴旋转的基础上，通过本身的自转进行碎冰动作以获得更大碎冰效率。

雾状直喷头15位置排布如图5所示，将制冰桶3主轴分为四部分，其中四分之一的空间安装螺旋状刮刀14和挡板，其余部分等距离安装雾状直喷头15，通过主轴旋转带动喷头和刮刀14进行制冰、碎冰动作，该排布方式相较于顶部设置出水口，能在单位时间能获得更大的换热面积，以保持压缩机7功率不变的情况下大大提高制冰效率，同时在主轴底部设置补偿制冰段，能大大减少海水残余量。

实施例一：如图2所示，本发明的一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统，其中：操作员通过人机交互系统1设置压缩机7预设压差为2.1Mpa，在压缩机7开始工作时，控制系统控制压缩机7功率变化，以稳定制冷剂的输送速率，最后在制冰桶3内部进行制冰和碎冰动作；同时微控制器通过程序设计对各种控制信号输入的时间、大小等信息进行记录，得出压缩机7压差大于预设压差时对应的特征参数，包括发生时间、压差大小、工作温度等，并通过信号的换算处理得到压差2.1Mpa、工作温度为30℃，为后续分析压缩机7工作状态提供了依据。

实施例二：如图2~5所示，本发明的一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统，其中：将制冰桶3主轴分为四部分，其中四分之一的空间安装螺旋状刮刀14和挡板，其余部分等距离安装雾状直喷头15，在制冰过程中，制冷剂通过压缩机和过滤器6注入到螺旋状制冷流道9对制冰桶3进行预冷，随后传动系统2以0.05m/s的速度带动刮刀14运作，同时海水通过加压水系统加压，经过滤网过滤后注入制冰桶3的主轴内流道，雾状直喷头15将加压海水以雾状的形式均匀喷洒到制冰桶3内壁，经制冷剂换热在制冰桶3内壁形成一定均匀厚度的冰片，残余海水经制冰筒内壁底部设置的补偿制冰段进一步完成结冰动作，减少制冰过程中的海水残余量，并且底部设有接水槽，能将残余海水与冰片分离，其产冰量为7吨/天。

以上结合由附图所述实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

Claims (1)

1.一种基于雾状直喷给水式海水制冰系统，其特征在于：包括制冰桶（3）、传动系统（2）、加压水系统和压缩机制冷系统，所述制冰桶（3）包括内筒壁、外筒壁，以及设在内筒壁与外筒壁之间的制冷剂流道（9），所述制冷剂流道与压缩机制冷系统相连通，所述内筒壁的中心设有主轴（16），所述主轴上布设有向内筒壁内表面喷水的雾状直喷头（15），通过制冷剂流道使喷射在内筒壁内表面的水产生冷凝形成冰片；主轴内部设有与雾状直喷头（15）连通的加压水流道，主轴的下端具有与加压水流道连通的进水口（10），所述进水口（10）与加压水系统连通，主轴的上端与所述传动系统（2）相连接以实现主轴的转动，所述主轴上设有与内筒壁的内表面相抵接的刮刀（14），在刮刀（14）随着主轴转动时，将在内筒壁内表面上产生的冰片刮下，在制冰桶的下部设有冰片输出口；所述刮刀（14）的刀面呈螺旋状；所述刮刀（14）的上、下端转动铰接在支架上，所述支架固定设在主轴上，支架包括上片、下片和位于刮刀（14）两侧的挡板，两个挡板的上、下端分别与上片、下片固定，碎冰过程中，刮刀（14）在绕主轴旋转的基础上，通过本身的自转进行碎冰动作以获得更大碎冰效率；所述上片、下片的形状相同，且为四分之一的圆弧板；所述传动系统（2）包括电机输出端驱动转动的锥齿轮（8），所述锥齿轮（8）与第二锥齿轮啮合，并且第二锥齿轮与第一直齿轮同轴固定连接，第一直齿轮与直齿轮（12）啮合，直齿轮（12）与主轴的上部伸出制冰桶的端部固定连接；所述加压水系统将海水加压，经过滤网过滤后注入制冰桶（3）的主轴的加压水流道内，通过雾状直喷头（15）将海水以雾状的形式喷洒到制冰桶（3）内壁后，经制冷剂在制冷剂流道中的换热，在制冰桶（3）内筒壁内表面形成一定均匀厚度的冰片；所述雾状直喷头（15）等距安装在制冰桶（3）主轴的轴向方向上，在主轴圆周方向均布设有三列雾状直喷头（15）；雾状直喷头（15）能调节喷头喷水口口径大小，同时能通过底部进水口（10）阀门控制海水流量，进而改变喷射到制冰桶（3）内壁上的海水量、雾状程度及喷射面积，以控制结冰速率及冰面厚度；所述制冷剂流道与压缩机制冷系统是通过等距安装在制冰桶（3）主轴上的雾状直喷头（15），将加压水流均匀喷射到制冰桶（3）内壁，从而在单位时间内获得更大的换热面积，故得到更大的换热量，所述的换热量变化计算公式为： ；其中：为换热量；为雾化系数；为材料传热系数；为平均温差；为单位时间的换热面积；还包括有控制系统，所述控制系统包括滤波放大器、逻辑运算器、微控制器和压力传感器，将压缩机制冷系统中的压缩机送至的小于预设压差信号频点以外的频率进行有效滤除，提高抗干扰能力并进一步功率放大后送至控制回路；所述微控制器是单片机和PLC中的一种，接收处理来自压缩机和人机交互界面输入的控制信号，并对各种控制信号输入的时间、大小信息进行记录，得出压缩机压差大于预设压差时对应的特征参数，包括发生时间、压差大小、工作温度等，为分析压缩机工作状态提供依据；所述压缩机在正常工作下能通过压力传感器和微控制器控制其压差保持在平衡状态，从而提高制冷剂的输送效率，缩短系统的制冰时间；其制冰动作步骤如下：

（1）通过人机交互系统（1）输入压缩机相对应的预设压差；

（2）控制系统和人机交互系统（1）通过控制压缩机功率大小以维持系统压差维持平稳，从而适应实际所需的制冰效率；

（3）制冷剂通过螺旋状的制冷剂流道进入制冰桶（3）内部进行预冷，预冷结束后，海水通过雾状直喷头（15）将加压水流通过喷头均匀喷射到制冰桶（3）内壁，喷头沿垂直方向等距离安装在制冰桶（3）内壁的主轴上，随主轴一起转动；

（4）螺旋状的刮刀（14）由传动系统（2）带动，绕主轴旋转的基础上，通过本身的自转进行碎冰动作；

（5）通过人机交互系统（1）将工作特征信号进行储存以实时检测制冰系统工作状态。