CN111141077A - 一种涡旋式冰晶生成器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡旋式冰晶生成器，在桶壁的上下两端分别设有上管板和下管板，并密封连接成中密封腔；在上管板上方设有上密封盖，并密封连接成上密封腔；在下管板下方设有下密封盖，并密封连接成下密封腔；在上密封盖的正上方设有载冷剂汇集管，且载冷剂汇集管与上密封腔密封连通，且在其一端设有载冷剂入口；在上管板与下管板之间均布设有数个换热管，换热管的上下两端分别延伸出上管板和下管板，并分别与上密封腔和下密封腔密封连通；在桶壁的外侧壁偏上位置连通设有制冷剂出口，且在其偏下位置连通设有制冷剂入口；在下密封盖的外侧壁连通设有载冷剂出口。本发明确保析出的冰晶不粘结在换热管上，提高了换热管换热效率和冰浆生成效率。

Description

一种涡旋式冰晶生成器及其使用方法

技术领域

本发明涉及冰浆生成技术领域，具体涉及一种涡旋式冰晶生成器及其使用方法。

背景技术

冰蓄冷技术是一种通过在低电价或低负荷时制冰来储存冷量，而在高电价或用冷高负荷时通过融冰来释放冷量供冷，以降低空调制冷机组的负荷，提高设备利用率，和维持电网用电平稳，并可节约运行费用。

目前无论是冰蓄冷制冰方法还是用于冷链保鲜的块冰、板冰、片冰、管冰都是制冰装置与储冰装置一体式，即在制冰装置换热表面上制冰，导致换热表面冰层越来约厚，热阻越来越大，设备制冰效率越来越差。

而冷冻浓缩法所获得的冰晶都是让载冷剂在冷却表面凝固，然后采用刮刀刮削的方法获得，其缺点是故障率高，能耗大，噪声大。以上问题亟需解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种涡旋式冰晶生成器及其使用方法，确保了析出的冰晶不粘结在换热管上，避免了换热管内壁因结冰而增加热阻的现象，从而提高了换热管的换热效率和冰浆生成效率。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：本发明的一种涡旋式冰晶生成器，其创新点在于：包括载冷剂汇集管、上密封盖、上管板、桶壁、下管板、下密封盖和换热管；所述桶壁竖直设置，在所述桶壁的上下两端还分别水平设有上管板和下管板，且所述上管板和下管板分别与所述桶壁密封固定连接，并形成一中密封腔；在所述上管板的上方还水平设有上密封盖，且所述上密封盖与所述上管板密封连接围成上密封腔；在所述下管板的下方还水平设有下密封盖，且所述下密封盖与所述下管板密封连接围成下密封腔；在所述上密封盖的正上方还水平间隔设有载冷剂汇集管，所述载冷剂汇集管与所述上密封腔密封连通，且在所述载冷剂汇集管的一端还设有载冷剂入口；在所述上管板与下管板之间沿圆周方向还竖直均布设有数个换热管，每一所述换热管均设于所述中密封腔内，且其上下两端分别垂直延伸出所述上管板和下管板，并分别与所述上密封腔和下密封腔密封连通；在所述桶壁的外侧壁偏上位置还垂直固定设有制冷剂出口，且所述制冷剂出口与所述中密封腔密封连通；在所述桶壁的外侧壁偏下位置还垂直固定设有制冷剂入口，且所述制冷剂入口与所述中密封腔密封连通；在所述下密封盖的外侧壁上还垂直固定设有载冷剂出口，所述载冷剂出口与所述载冷剂入口设于同一侧，且与所述下密封腔密封连通。

优选的，每一所述换热管均与所述中密封腔互不连通，且相邻所述换热管之间的中心距均相等；每一所述换热管的上端均竖直向上延伸至所述上管板的上表面，并通过胀接或焊接与所述上管板固定连接；每一所述换热管的下端均竖直向下延伸至所述下管板的下表面，并通过胀接或焊接与所述下管板固定连接。

优选的，在所述载冷剂汇集管与上密封盖之间还依次竖直间隔设有数个导管，且所述载冷剂汇集管通过导管与所述上密封盖密封连通；载冷剂通过载冷剂入口进入到所述载冷剂汇集管内，再通过每一个导管进入到上密封腔内。

优选的，还包括涡流驱动装置，且所述涡流驱动装置包括减速机构、涡流偏心驱动轴、涡流驱动板和涡流搅拌轴；在所述上密封盖的上表面还竖直固定设有减速机构，且所述减速机构与所述载冷剂汇集管或每一所述导管均互不干涉；所述减速机构的输出端竖直向下延伸至所述上密封腔内，且通过涡流偏心驱动轴与所述涡流驱动板连接，并驱动所述涡流驱动板做圆周运动；所述涡流驱动板水平设于所述上密封腔内，且与所述上密封腔相匹配，在所述涡流驱动板的下表面沿其圆周方向还竖直均布设有数个涡流搅拌轴，每一所述涡流搅拌轴的设置位置均与每一所述换热管的设置位置相对应，且分别套接在对应所述换热管内；在每一所述涡流搅拌轴的上端还分别设有超出其直径的扁平凸缘，且每一所述涡流搅拌轴的上端竖直向上延伸至所述涡流驱动板的上表面，并分别通过扁平凸缘悬挂在所述涡流驱动板的上表面，每一所述涡流搅拌轴的下端均竖直向下延伸出对应所述换热管。

优选的，所述减速机构为减速机或变频电机，且所述涡流偏心驱动轴的旋转半径不大于每一所述换热管与对应所述涡流搅拌轴的半径之差。

优选的，在所述减速机构的驱动下，所述涡流偏心驱动轴带动涡流驱动板做圆周转动，且涡流驱动板带动每一所述涡流搅拌轴分别沿换热管内壁圆周方向在对应所述换热管内做圆周运动。

优选的，所述制冷剂入口与所述制冷剂出口设于同一侧。

本发明的一种涡旋式冰晶生成器的使用方法，其创新点在于包括以下步骤：

（1）首先将-30～-4℃的制冷剂通过制冷剂入口进入到中密封腔内，使得每一个换热管的外部周围均流动着制冷剂，然后制冷剂再从制冷剂出口流出；

（2）将-25～0.5℃的载冷剂依次经载冷剂汇集管、导管、上密封腔进入到每一个换热管的内部；

（3）然后减速机构驱动涡流偏心驱动轴和涡流驱动板，并带动每一个涡流搅拌轴在对应的换热管内部做圆周运动，同时，每一个涡流搅拌轴由于阻力作用分别沿其圆心自转，使得载冷剂在每一个换热管内呈涡流状态自上而下运动；

（4）制冷剂在每一个换热管的外部流动，并与每一个换热管内部的载冷剂进行热交换；升温后的制冷剂经制冷剂出口流出，且新的制冷剂经制冷剂入口流入，并形成制冷剂循环系统；而每一个换热管内部的载冷剂降温后析出冰晶；

（5）冰晶在涡流驱动装置产生的离心力作用下分别从对应换热管的内壁上脱离，然后与对应换热管内的载冷剂混合，并呈浆状进入到下密封腔内，再经载冷剂出口流出；接着载冷剂继续经载冷剂入口流入，并重复上述步骤形成载冷剂循环系统。

优选的，在所述步骤（1）中，制冷剂采用氨、氟利昂或二氧化碳，且所述中密封腔内的制冷剂液位高度低于所述制冷剂出口。

优选的，在所述步骤（2）中，载冷剂采用盐溶液、醇溶液、糖溶液、果汁、海水或污水。

本发明的有益效果：本发明确保了析出的冰晶不粘结在换热管上，避免了换热管内壁因结冰而增加热阻的现象，从而提高了换热管的换热效率和冰浆生成效率。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种涡旋式冰晶生成器的结构示意图。

图2为图1中A-A示意图。

其中，1-减速机构；2-载冷剂汇集管；3-上密封盖；4-上管板；5-换热管；6-下管板；7-下密封盖；8-桶壁；9-涡流搅拌轴；10-涡流驱动板；11-涡流偏心驱动轴；12-导管；13-载冷剂入口；14-载冷剂出口；15-制冷剂入口；16-制冷剂出口。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种涡旋式冰晶生成器及其使用方法，包括载冷剂汇集管2、上密封盖3、上管板4、桶壁8、下管板6、下密封盖7和换热管5；具体结构如图1所示，桶壁8竖直设置，在桶壁8的上下两端还分别水平设有上管板4和下管板6，且上管板4和下管板6分别与桶壁8密封固定连接，并形成一中密封腔；

如图1所示，在上管板4的上方还水平设有上密封盖3，且上密封盖3与上管板4密封连接围成上密封腔；在下管板6的下方还水平设有下密封盖7，且下密封盖7与下管板6密封连接围成下密封腔。

本发明在上密封盖3的正上方还水平间隔设有载冷剂汇集管2，该载冷剂汇集管2与上密封腔密封连通，且在载冷剂汇集管2的一端还设有载冷剂入口13；如图1所示，在载冷剂汇集管2与上密封盖3之间还依次竖直间隔设有数个导管12，且载冷剂汇集管2通过导管12与上密封盖3密封连通；本发明载冷剂通过载冷剂入口12进入到载冷剂汇集管2内，再通过每一个导管12进入到上密封腔内。

本发明在上管板4与下管板6之间沿圆周方向还竖直均布设有数个换热管5，每一个换热管5均设于中密封腔内，且其上下两端分别垂直延伸出上管板4和下管板6，并分别与上密封腔和下密封腔密封连通；如图1所示，每一个换热管5均与中密封腔互不连通，且相邻换热管5之间的中心距均相等；每一个换热管5的上端均竖直向上延伸至上管板4的上表面，并通过胀接或焊接与上管板4固定连接；每一个换热管5的下端均竖直向下延伸至下管板6的下表面，并通过胀接或焊接与下管板6固定连接；其中换热管5的数量可根据实际需要确定。

本发明中涡流驱动装置包括减速机构1、涡流偏心驱动轴11、涡流驱动板10和涡流搅拌轴9；如图1、图2所示，在上密封盖3的上表面还竖直固定设有减速机构1，且减速机构1与载冷剂汇集管2或每一个导管12均互不干涉；该减速机构1的输出端竖直向下延伸至上密封腔内，且通过涡流偏心驱动轴11与涡流驱动板10连接，并驱动涡流驱动板10做圆周运动；其中，涡流偏心驱动轴11的旋转半径不大于每一个换热管5与对应涡流搅拌轴9的半径之差，从而使得涡流驱动板10不自转，只是随着涡流偏心驱动轴11转动，且其旋转半径与涡流偏心驱动轴11的旋转半径相一致；

如图1、图2所示，涡流驱动板10水平设于上密封腔内，且与上密封腔相匹配，在涡流驱动板10的下表面沿其圆周方向还竖直均布设有数个涡流搅拌轴9，每一个涡流搅拌轴9的设置位置均与每一个换热管5的设置位置相对应，且分别套接在对应换热管5内；在每一个涡流搅拌轴9的上端还分别设有超出其直径的扁平凸缘，且每一个涡流搅拌轴9的上端竖直向上延伸至涡流驱动板10的上表面，并分别通过扁平凸缘悬挂在涡流驱动板10的上表面，每一个涡流搅拌轴9的下端均竖直向下延伸出对应的换热管5；其中，减速机构1为减速机或变频电机，且涡流搅拌轴9的数量与换热管5的数量相一致。本发明在减速机构1的驱动下，涡流偏心驱动轴11带动涡流驱动板10做圆周转动，且涡流驱动板10带动每一个涡流搅拌轴9分别沿换热管5内壁圆周方向在对应的换热管5内做圆周运动，并使得每一个换热管5内析出的冰晶从对应换热管5的内壁上脱离。

本发明在桶壁8的外侧壁偏上位置还垂直固定设有制冷剂出口16，且制冷剂出口16与中密封腔密封连通；如图1所示，在桶壁8的外侧壁偏下位置还垂直固定设有制冷剂入口15，且制冷剂入口15与中密封腔密封连通；其中，制冷剂入口15与制冷剂出口16设于同一侧，且制冷剂经制冷剂入口15进入到中密封腔内，热交换升温后再经制冷剂出口16流出，形成一个完整的制冷剂循环。

如图1所示，在下密封盖7的外侧壁上还垂直固定设有载冷剂出口14，该载冷剂出口14与载冷剂入口13设于同一侧，且与下密封腔密封连通。本发明中载冷剂依次经载冷剂入口13、载冷剂汇集管2、导管12、上密封腔进入到每一个换热管5内，热交换降温后析出冰晶，冰晶伴随着载冷剂再流入到下密封腔内，并经载冷剂出口14流出，形成一个完整的载冷剂循环。

本发明的一种涡旋式冰晶生成器的使用方法，具体步骤如下：

（1）首先将-30～-4℃或其它温度的制冷剂通过制冷剂入口15进入到中密封腔内，使得每一个换热管5的外部周围均流动着制冷剂，然后制冷剂再从制冷剂出口16流出；

在上述步骤中，制冷剂采用氨、氟利昂或二氧化碳，且中密封腔内的制冷剂液位高度低于制冷剂出口16；

（2）将-25～0.5℃或其它温度的载冷剂依次经载冷剂汇集管2、导管12、上密封腔进入到每一个换热管5的内部；

在上述步骤中，载冷剂采用盐溶液、醇溶液、糖溶液、果汁、海水或污水；

（3）然后减速机构1驱动涡流偏心驱动轴11和涡流驱动板10，并带动每一个涡流搅拌轴9在对应的换热管5内部做圆周运动，同时，每一个涡流搅拌轴9由于阻力作用分别沿其圆心自转，使得载冷剂在每一个换热管5内呈涡流状态自上而下运动；

在上述步骤中，载冷剂呈涡流状态在每一个换热管5内运动，不仅可强化换热效果，还确保了析出的冰晶不粘结在换热管5上，避免了换热管5内壁因结冰而增加热阻的现象，从而提高了换热管5的换热效率和冰浆生成效率；

（4）制冷剂在每一个换热管5的外部流动，并与每一个换热管5内部的载冷剂进行热交换；升温后的制冷剂经制冷剂出口16流出，且新的制冷剂经制冷剂入口15流入，并形成制冷剂循环系统；而每一个换热管5内部的载冷剂降温后析出冰晶；

在上述步骤中，当每一个换热管5内的温度达到载冷剂析冰点时即有冰晶析出；

（5）冰晶在涡流驱动装置产生的离心力作用下分别从对应换热管5的内壁上脱离，然后与对应换热管5内的载冷剂混合，并呈浆状进入到下密封腔内，再经载冷剂出口14流出；接着载冷剂继续经载冷剂入口13流入，并重复上述步骤形成载冷剂循环系统。

本发明的有益效果：本发明确保了析出的冰晶不粘结在换热管5上，避免了换热管5内壁因结冰而增加热阻的现象，从而提高了换热管的换热效率和冰浆生成效率。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。

Claims (10)

1.一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：包括载冷剂汇集管、上密封盖、上管板、桶壁、下管板、下密封盖和换热管；所述桶壁竖直设置，在所述桶壁的上下两端还分别水平设有上管板和下管板，且所述上管板和下管板分别与所述桶壁密封固定连接，并形成一中密封腔；在所述上管板的上方还水平设有上密封盖，且所述上密封盖与所述上管板密封连接围成上密封腔；在所述下管板的下方还水平设有下密封盖，且所述下密封盖与所述下管板密封连接围成下密封腔；在所述上密封盖的正上方还水平间隔设有载冷剂汇集管，所述载冷剂汇集管与所述上密封腔密封连通，且在所述载冷剂汇集管的一端还设有载冷剂入口；在所述上管板与下管板之间沿圆周方向还竖直均布设有数个换热管，每一所述换热管均设于所述中密封腔内，且其上下两端分别垂直延伸出所述上管板和下管板，并分别与所述上密封腔和下密封腔密封连通；在所述桶壁的外侧壁偏上位置还垂直固定设有制冷剂出口，且所述制冷剂出口与所述中密封腔密封连通；在所述桶壁的外侧壁偏下位置还垂直固定设有制冷剂入口，且所述制冷剂入口与所述中密封腔密封连通；在所述下密封盖的外侧壁上还垂直固定设有载冷剂出口，所述载冷剂出口与所述载冷剂入口设于同一侧，且与所述下密封腔密封连通。

2.根据权利要求1所述的一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：每一所述换热管均与所述中密封腔互不连通，且相邻所述换热管之间的中心距均相等；每一所述换热管的上端均竖直向上延伸至所述上管板的上表面，并通过胀接或焊接与所述上管板固定连接；每一所述换热管的下端均竖直向下延伸至所述下管板的下表面，并通过胀接或焊接与所述下管板固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：在所述载冷剂汇集管与上密封盖之间还依次竖直间隔设有数个导管，且所述载冷剂汇集管通过导管与所述上密封盖密封连通；载冷剂通过载冷剂入口进入到所述载冷剂汇集管内，再通过每一个导管进入到上密封腔内。

4.根据权利要求3所述的一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：还包括涡流驱动装置，且所述涡流驱动装置包括减速机构、涡流偏心驱动轴、涡流驱动板和涡流搅拌轴；在所述上密封盖的上表面还竖直固定设有减速机构，且所述减速机构与所述载冷剂汇集管或每一所述导管均互不干涉；所述减速机构的输出端竖直向下延伸至所述上密封腔内，且通过涡流偏心驱动轴与所述涡流驱动板连接，并驱动所述涡流驱动板做圆周运动；所述涡流驱动板水平设于所述上密封腔内，且与所述上密封腔相匹配，在所述涡流驱动板的下表面沿其圆周方向还竖直均布设有数个涡流搅拌轴，每一所述涡流搅拌轴的设置位置均与每一所述换热管的设置位置相对应，且分别套接在对应所述换热管内；在每一所述涡流搅拌轴的上端还分别设有超出其直径的扁平凸缘，且每一所述涡流搅拌轴的上端竖直向上延伸至所述涡流驱动板的上表面，并分别通过扁平凸缘悬挂在所述涡流驱动板的上表面，每一所述涡流搅拌轴的下端均竖直向下延伸出对应所述换热管。

5.根据权利要求4所述的一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：所述减速机构为减速机或变频电机，且所述涡流偏心驱动轴的旋转半径不大于每一所述换热管与对应所述涡流搅拌轴的半径之差。

6.根据权利要求4所述的一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：在所述减速机构的驱动下，所述涡流偏心驱动轴带动涡流驱动板做圆周转动，且涡流驱动板带动每一所述涡流搅拌轴分别沿换热管内壁圆周方向在对应所述换热管内做圆周运动。

7.根据权利要求1所述的一种涡旋式冰晶生成器，其特征在于：所述制冷剂入口与所述制冷剂出口设于同一侧。

8.一种涡旋式冰晶生成器的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）首先将-30～-4℃的制冷剂通过制冷剂入口进入到中密封腔内，使得每一个换热管的外部周围均流动着制冷剂，然后制冷剂再从制冷剂出口流出；

（2）将-25～0.5℃的载冷剂依次经载冷剂汇集管、导管、上密封腔进入到每一个换热管的内部；

（3）然后减速机构驱动涡流偏心驱动轴和涡流驱动板，并带动每一个涡流搅拌轴在对应的换热管内部做圆周运动，同时，每一个涡流搅拌轴由于阻力作用分别沿其圆心自转，使得载冷剂在每一个换热管内呈涡流状态自上而下运动；

（4）制冷剂在每一个换热管的外部流动，并与每一个换热管内部的载冷剂进行热交换；升温后的制冷剂经制冷剂出口流出，且新的制冷剂经制冷剂入口流入，并形成制冷剂循环系统；而每一个换热管内部的载冷剂降温后析出冰晶；

（5）冰晶在涡流驱动装置产生的离心力作用下分别从对应换热管的内壁上脱离，然后与对应换热管内的载冷剂混合，并呈浆状进入到下密封腔内，再经载冷剂出口流出；接着载冷剂继续经载冷剂入口流入，并重复上述步骤形成载冷剂循环系统。

9.根据权利要求8所述的一种涡旋式冰晶生成器的使用方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，制冷剂采用氨、氟利昂或二氧化碳，且所述中密封腔内的制冷剂液位高度低于所述制冷剂出口。

10.根据权利要求8所述的一种涡旋式冰晶生成器的使用方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，载冷剂采用盐溶液、醇溶液、糖溶液、果汁、海水或污水。

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