一种冰晶去除装置及具有该装置的过冷水动态制冰系统

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及过冷水动态制冰法中的消除冰晶传播流动的装置及具有该装置的过冷水动态制冰系统。

背景技术

目前，本领域制冰的方法有很多种，例如,过冷水动态制冰法、切削法、降膜法、真空法等。其中，由于过冷水动态制冰其高效传热以及可实施性强等特点，正逐渐在冰浆制取领域被运用。

过冷水动态制冰法是将零度以上的水在蒸发器内降低至零度以下。此时的水为过冷水，还未结冰而处于非稳定状态，只是由于结冰所需的能量壁垒暂时让过冷水维持液态。当过冷水离开蒸发器(过冷却器)进入蓄冰池后，经过超声波震动等激发手段使过冷水部分结冰，同时温度升至零度，剩余的零度水送回蒸发器进行降温再循环。

由于激发结冰的特性，激发空间内的结冰在空间上是均匀分布的，因此冰水混合物内散布着大量冰晶。由于不是所有冰晶都能在蓄冰池与水完全分离，因此从蓄冰池出来的零度水中必然含有少量冰晶。若冰水混合物中的冰晶没有去除而回到蒸发器，当被再次降温到零度以下，由于冰核(冰晶)的存在，使得冰水混合物会直接在蒸发器内结冰。这将导致冻管涨裂，损坏压缩机而产生严重后果。

为解决所述问题，本领域多数在蒸发器与蓄冰池连通的管道上设置夹套加热装置，进一步的还在传送冰水混合物管道的内壁涂覆疏水层，以防冰水混合物中的冰晶进入蒸发器而产生安全隐患。如图1所示，一种防冰晶传播装置，可设于蒸发器至蓄冰池之间的管道上，以防冰晶逆流传播至蒸发器中。也可以设于蓄冰池至蒸发器回路之间的管道上，以防冰晶随着再循环的冰水混合物进入蒸发器。其中，第一壳体1中同轴套有第二壳体2。第一、二壳体1、2径向之间空隙为换热腔3，第二壳体2内壁面涂覆有疏水层4，第一壳体1两端的壁体上各设有一开口，热气入口5、热气出口6，第二壳体2内设有一搅拌机构。所述搅拌机构包括叶轮7和转轴8，转轴8后端通过支架9固定于第二壳体2内。叶轮7上还可以设置加热丝，转轴8由电机驱动，并由控制器自动控制。

工作时，带有冰晶的混合水通过第二壳体2内腔流动。为以防冰晶体进入蒸发器，在第一、二壳体1、2径向之间的换热腔3中接入外部的热气体，通过所述热气体来加热熔化第二壳体2流体中的冰晶。同时，具有加热功能的叶轮7不停的转动给予流体的驱动力，熔化冰晶使得流体加快流动，并不停地冲刷第二壳体2的内壁面，再结合涂有疏水层4的内壁面，可有效消除冰晶附着在第二壳体2的内壁，而防止冰晶逆流传播或再循环流入蒸发器。

但是，经过一段时间实践，发现供热不容易保证稳定，也大大提高了使用成本，从而影响阻断冰晶传播流动的效率。由于长时间使用，第二壳体2内的搅拌机构维修不便，工作率不断下降，而且疏水层4龟裂老化，使得第二壳体2表面光滑度下降，从而降低了防止冰晶传播流动的效率。

因此，如何克服防止冰晶传播流动的可靠度低，生产成本高的缺陷是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有过冷水动态制冰中防止冰晶传播流动的可靠度低，生产成本高的问题，提供一种能可靠防止冰晶传播流动的生产成本低的冰晶去除装置及具有该装置的过冷水动态制冰系统。

本发明提出的一种冰晶去除装置，包括水流混合器、与该水流混合器出口端连通的水泵，与该水泵出口端连通的出水腔；该出水腔还与所述水流混合器连通，使得所述出水腔的部分回水与进入所述水流混合器的水混合后再进入所述的水泵。

较优的，所述水流混合器包括内芯、套于该内芯外的回水分配器、套于该回水分配器外的内壳；所述回水分配器的一端与所述内芯的外端之间的间隙为进水口，该回水分配器另一端为出口并与所述水泵的进口连通，而回水分配器相对所述内芯的部位开有通孔。

较优的，所述内芯为筒体，该内芯内端为封闭的锥体形状，所述回水分配器开设的通孔相对所述内芯的锥体部位。

较优的，所述内芯的锥体部位的表面设有一圈一圈的同心圆纹路的混水结构。

较优的，所述混水结构为波纹结构或台阶结构。

较优的，所述回水分配器的前部为对应所述内芯的锥体的形状，两者之间形成混水通道。

较优的，所述回水分配器的后部收缩形成出水管道穿过所述内壳的侧壁体与所述水泵的进口连通。

较优的，所述回水分配器与内壳之间构成回水腔。

较优的，所述的回水腔内还设有带均流孔的折流板。

较优的，所述回水分配器开设的通孔至少为圆孔、椭圆孔或长条孔之一。

较优的，所述水流混合器的内壳外围套有外壳，该外壳与内壳之间形成的空腔为所述的出水腔，该外壳一端与所述内壳一端之间的间隙为出水腔的出水口，而外壳的另一端与内壳的另一端之间的间隙为出水腔的进口并与所述水泵的出口连通。

较优的，所述出水腔通过电动阀与所述水流混合器的回水腔连通。

较优的，所述的进水口和出水口均设有温度传感器。

本发明提供的另一种冰晶去除装置，包括水流混合器、与该水流混合器出口端连通的出水腔；靠近该出水腔的出水口处通过电动阀与所述水流混合器连通，以便所述出水腔的部分回水与进入所述水流混合器的水混合后流入所述的出水腔；所述水流混合器中设有驱动进水流动的转动件。

较优的，所述水流混合器包括内芯、套于该内芯外的回水分配器、套于该回水分配器外的内壳；所述回水分配器的一端与所述内芯的外端之间的间隙为进水口，该回水分配器另一端为出口并与所述出口腔的进口连通，而回水分配器相对所述内芯的部位开有通孔；所述内芯为驱动进水流动的转动件。

较优的，所述水流混合器的内壳外围套有外壳，该外壳与内壳之间形成的空腔为所述的出水腔。该外壳一端与内壳一端之间的间隙构成所述的出水口，而外壳另一端与内壳另一端之间的间隙构成所述出水腔的进口并与所述回水分配器的出口连通。

本发明提供的一种过冷水动态制冰系统，包括蒸发器、蓄冰池。还包括本发明所述的冰晶去除装置；所述蓄冰池的出水与所述冰晶去除装置中的进水口连通，所述冰晶去除装置中的出水口与所述蒸发器的进水连通。

在过冷水动态制冰系统的蓄冰池出口端设置本发明的去除冰晶装置，其利用泵功将经过水流混合器处理过的大部分送至蒸发器，而将部分回水送回水流混合器。在水流混合器内通过内芯的环状波纹结构产生的涡旋流动让部分回水与来自蓄冰池的带有冰晶的水充分混合，同时经过水泵的输出的水还吸收了水泵运行时无效功产生的发热，因此有效地实现了去除冰晶的目的。然后将没有冰晶的大部分水送至蒸发器。本发明还可根据工况进行自由调节，即通过控制器制动调节水流混合器中电动阀的开度，根据工况快速响应，调节部分回水的水量，避免极端工况冰晶去除不充分而导致冻管的现象，可靠度高。经过水泵输送的水吸收了水泵运行时散发的热量，节省了系统能量，成本降低。

附图说明

图1是现有技术的一种防止冰晶传播流动装置的剖视图；

图2是本发明去除冰晶装置应用的模块图；

图3是本发明去除冰晶装置实施例的结构示意图；

图4是图3中分解出来的外壳的示意图；

图5是图3中分解出来的内壳的示意图；

图6是图3中分解出来的回水分配器的示意图；

图7是图3中分解出来的波纹内芯的示意图；

图8是波纹内芯的立体示意图；

图9是图3所示实施例的回水腔内设有折流板的结构示意图；

图10是本发明去除冰晶装置中出水通道的外壳为非轴对称设置的结构示意图；

图11是本发明在波纹内芯表面产生旋涡混水原理的示意图。

现有技术的图1中，1-第一壳体、2-第二壳体、3-换热腔、4-疏水层、5-热气入口、6-热气出口、7-叶轮、8-转轴、9-支架。

本发明实施例的图中：1-内芯；1-1-混水结构；2-回水分配器；2-1通孔；2-2-出水管道；3-内壳；4-外壳；4-1-出水腔进口；5-电动阀；6-水泵；7-进水口；8-出水口；9-混水通道；10-回水腔；11-出水腔；12-折流板；14-蒸发器；15-蓄冰池；16-冰晶去除装置。

特别说明，本发明所示的标记若与现有技术(如图1)中的标记相同，并不代表相同的技术特征。以各自文件的解释为准。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

由于本领域现有采用过冷水动态制冰法的制冰产生中，从蓄冰池夹带出来冰晶没有去除而回到蒸发器，直接在蒸发器内部结冰，这导致冻管涨裂，损坏压缩机而产生严重后果。

为解决所述问题，本领域提供一种解决方法。如图1所示，一种防冰晶传播装置，可设于蒸发器至蓄冰池之间的管道上，以防冰晶逆流传播至蒸发器中。也可以设于蓄冰池至蒸发器回路之间的管道上，以防冰晶随着再循环的冰水混合物进入蒸发器。其中，第一壳体1中同轴套有第二壳体2。第一、二壳体1、2径向之间空隙为换热腔3，第二壳体内壁面涂覆有疏水层4。第一壳体两端的壁体上各设有一开口，即热气入口5、热气出口6，第二壳体2内设有一搅拌机构。该搅拌机构包括叶轮7和转轴8，转轴8后端通过支架9固定于第二壳体2内。叶轮7上还可以设置加热丝，转轴8由电机驱动，并由控制器自动控制。

工作时，带有冰晶的混合水通过第二壳体2内腔流动。为以防冰晶体进入蒸发器，在第一、二壳体1、2径向之间的换热腔3中接入外部的热气体，通过所述热气体来加热熔化第二壳体2流体中的冰晶。同时，具有加热功能的叶轮7不停的转动给予流体的驱动力，熔化冰晶也使得流体加快流动，并不停地冲刷第二壳体2的内壁面，再结合内壁面涂有的疏水层4，可有效消除冰晶以及避免其附着在第二壳体2的内壁，而防止冰晶逆流传播或再循环流入蒸发器。

但是，该技术供热不易保证稳定，也大大提高了使用成本，从而影响阻断冰晶的效率。由于长时间使用，第二壳体2内的搅拌机构维修不便，工作率不断下降，而且疏水层4龟裂老化，第二壳体2表面光滑度下降，从而降低了防止冰晶传播流动的效率。

因此，为克服防止冰晶传播流动的可靠度低，生产成本高的问题，本发明提供一套创新的解决方案。

本发明提出的一种冰晶去除装置的技术方案，其包括水流混合器、与该水流混合器出口端连通的水泵，与该水泵出口端连通的出水腔；该出水腔的出水口附件还直接与所述水流混合器连通，使得所述出水腔的部分回水与进入所述水流混合器的水混合后再进入所述的水泵。

如图3-8所示，本发明冰晶去除装置的第一实施例，所述冰晶去除装置中的水流混合器，包括内芯1、套于该内芯1外的回水分配器2、套于该回水分配器2外的内壳3；回水分配器2的右端与内芯1的右端之间的间隙构成进水口7，该回水分配器2左端为出口并与水泵6的进口连通，而回水分配器2上相对内芯1的部位开有通孔2-1。本实施例中，内芯1为筒体，该内芯内端(左端)为封闭的锥体形状，而回水分配器2上开设的通孔2-1相对内芯1的锥体部位。内芯1的锥体部位的表面设有一圈一圈的同心圆纹路的混水结构1-1。该混水结构为波纹结构，根据需要也可设计出其他结构，如，台阶结构等。如图3所示，回水分配器2的前部为对应内芯1的锥体的形状，两者之间的间隙形成混水通道9。回水分配器2的后部收缩形成出水管道2-2穿过内壳3的侧壁体与水泵6的进口连通，回水分配器2的出水管道2-2圆周与内壳3侧壁体是密封的，则回水分配器2与内壳3之间的空腔构成回水腔10。回水分配器2开设的通孔2-1至少为圆孔、椭圆孔或长条孔之一。当然也可以是其他几何形状的通孔，可根据需要选用。

如图3-8所示，水流混合器的内壳3外围套有外壳4，外壳4与内壳3之间形成的空腔为出水腔11。该外壳4的右端与内壳3的右端之间的间隙构成出水腔11的出水口8，而外壳4的左端与水分配器2的出水管道2-2之间构成出水腔11的出水腔进口4-1并与水泵6的出口连通。在出水腔11中靠近出水口8处设有可与系统控制器电信连接的电动阀5，该出水腔11通过电动阀5与水流混合器的回水腔10连通。在进水口7和出水口8均设有与系统控制器电信连接的温度传感器(图中未示出)。

如图3-8所示，本发明冰晶去除装置的第二实施例，所述冰晶去除装置中的水流混合器，包括内芯1、套于该内芯1外的回水分配器2、套于该回水分配器2外的内壳3；回水分配器2的右端与内芯1的右端之间的间隙构成进水口7，该回水分配器2左端为出口并与水泵6的进口连通，而回水分配器2上相对内芯1的部位开有通孔2-1。本实施例中，内芯1为筒体，该内芯内端(左端)为封闭的锥体形状，而回水分配器2上开设的通孔2-1相对内芯1的锥体部位。内芯的锥体部位的表面设有一圈一圈的同心圆纹路的混水结构1-1。该混水结构为波纹结构，根据需要也可设计出其他结构，如，台阶结构等。如图3所示，回水分配器2的前部为对应内芯1的锥体的形状，两者之间的间隙形成混水通道9。回水分配器2的后部收缩形成出水管道2-2并穿过内壳3的侧壁体与水泵6的进口连通，回水分配器2的出水管道2-2的外圆与内壳3侧壁体是密封的，则回水分配器2与内壳3之间的空腔构成回水腔10。请结合图9，本实施例中，所述的回水腔10内，在回水分配器2与内壳3之间还设有带均流孔的折流板12。通过电动阀5进入回水腔10的部分回水先经过该折流板12上的均流孔均布，再通过回水分配器2上开设的通孔2-1进入混水通道9。这样进一步增加了流水返回混水通道9时的均匀性。回水分配器2开设的通孔2-1至少为圆孔、椭圆孔或长条孔之一。也可以是其他几何形状的通孔，根据需要选用。

如图3-8所示，水流混合器的内壳3外围套有外壳4，外壳4与内壳3之间形成的空腔为出水腔11。该外壳4的右端与内壳3的右端之间的间隙构成出水腔11的出水口8，而外壳4的左端与回水分配器2的出水管道2-2之间的间隙构成出水腔11的出水腔进口4-1并与水泵6的出口连通；而在出水腔11靠近出水口8处设有可与系统控制器电信连接的电动阀5，该出水腔11通过电动阀5与水流混合器的回水腔10直接连通。在进水口7和出水口8均设有与系统控制器电信连接的温度传感器。

上述实施例的外壳4、内壳3、回水分配器2以及内芯1均是轴对称的回转体。根据需要也可以将外壳设计成半圆的壳体等，如图10所示，出水通道改为非对称结构，设计在水流混合器上部，部分回水还是需要经过电动阀5。只要满足本发明提出的冰晶去除装置的技术方案便可。另外，进水口7处可以设置均流孔或缝板，进水口前的集液腔不限定形式。内芯1的锥体部位表面也可以为平整表面，其与回水分配器2之间形成的混水通道9照样可以具有混水功能，只是混水效果比波纹内芯差点，但结构简单，制作方便。

本发明冰晶去除装置的第三实施例，其与上述实施例结构基本相同，不同时是取消了驱动水流动的水泵6，更换成可以传动的内芯1。请参考图1，该冰晶去除装置包括：水流混合器、与该水流混合器出口端连通的出水腔11；靠近该出水腔11的出水口8处通过电动阀5再与水流混合器连通，使得所述出水腔11的部分回水与进入所述水流混合器的水混合后再进入所述的出水腔11。所述水流混合器中设有驱动进水流动的转动件。具体地，水流混合器包括内芯1、套于该内芯1外的回水分配器2、套于该回水分配器2外的内壳3；回水分配器2的右端与内芯1右端之间的间隙构成进水口7，该回水分配器2左端为出口2-2并与所述出口腔11的进口连通，而回水分配器2上相对内芯1的部位开有通孔2-1。本实施例的内芯1为驱动水流动的转动件，即通过传动机构和电机驱动内芯1转动。这一方面可以驱动水流循环流动，另一方面利用内芯1的转动发热对流水也有加热作用。所述水流混合器的内壳3外围套有外壳4，外壳4与内壳4之间形成的空腔为所述的出水腔11。该外壳4右端与内壳3右端之间的间隙构成出水口8，而外壳左端与内壳3左端之间的间隙构成出水腔11的出水腔进口4-1并与所述回水分配器出水管道2-2连通。所述的内芯1及其混水结构均与第一实施例的内芯相同。所述回水分配器2与内壳3之间的回水腔10中也可以设有折流板12。

如图2所示，本发明提供的一种过冷水动态制冰系统，包括蒸发器14、蓄冰池15。本发明提供的冰晶去除装置16设于蓄冰池15和蒸发器14之间。即蓄冰池15的出水与冰晶去除装置中的进水口7连通，冰晶去除装置中的出水口8与所述蒸发器14的进水连通。

本发明的过冷水动态制冰系统工作时，如图2、3所示，当蓄冰池15流出的带有冰晶的零度水由进水口7进入冰晶去除装置16，经过混水通道9后由回水分配器出水管道2-2流出，再进入水泵6，该水泵6为整个过冷水动态制冰系统循环输水提供动力。水经过水泵6时也会带走水泵6的机械损失产生的热量，使得水温有所上升。当水流出水泵6则由出水腔进口4-1进入冰晶去除装置16的出水腔11。由于水被水泵6加压，则出水腔11中的压力比混水通道9内的压力高。出水腔11中的部分回水通过电动阀5送至回水腔10，并通过回水分配器2的通孔2-1均匀进入混水通道9并与由蓄冰池15进来的带有冰晶的零度水混合，以便消除冰晶；而出水腔11中的大部分水继续由出水口8流出并送入蒸发器14(过冷却器)去降温冷却，再次循环。

在系统刚开启时，使得进水口7与出水口8的温差大于平时运行的温差，以保证出水口8的水通过较高温去除了冰晶。具体做法是将电动阀5开大。而后逐步将电动阀5关小，使得进水口7与出水口8的温差回落至平时运行温差。此时送回回水腔10的水已经过前期的混水通道9混合以及吸收水泵6的散热后去除了冰晶，大部分经过出水口8送入蒸发器14的水中没有了冰晶。通过实验可确定进水口7与出水口8的温差。

请结合图11，由电动阀5进入回水腔10内的水，通过回水分配器2上的通孔2-1喷射至波纹内芯1表面。水在混水通道9流动时会在波纹内芯1的表面形成漩涡17，使得有一定温升的部分回流水和来自蓄冰池15的零度进水进行充分的混合，从而消除零度水中剩余的冰晶。整个波纹内芯1表面存在多个同心圆的波纹。因此部分回流水和零度进水的混合过程一直从进水口7持续至混水通道9的末端。

由于电动阀5以及分别设于进水口7和出水口8的温度传感器与系统的控制器电信连接。将温度传感器测量的进出口水的温度传送给控制器，控制器算出进出口水的温差并与设定温差值比较，然后由控制器控制电动阀5的开度，从而精准控制进入回水腔10的水流量。即测量的温差大，表示出水及回水温度高。若温差超过设定温差，电动阀5开度就可以小点，减少回水量。当电动阀5开度大时，回水多，使得水在混水通道9中混合更加剧烈，同时让泵功上升，经过水泵6后的水温升变大。由于通过进水口7进入的水恒为零度，通过设定温差可精准控制出水口8的温度。因此可适应不同情况以及启停机工况下去除冰晶的需求。

在过冷水动态制冰系统的蓄冰池出口端设置本发明的去除冰晶装置，该装置利用泵功将经过水流混合器处理过的大部分水送至蒸发器，而将部分回水送回水流混合器。在水流混合器内通过内芯的环状波纹结构产生的涡旋流动让部分回水与来自蓄冰池的带有冰晶的水充分混合，同时经过水泵的输出水还吸收了水泵运行时无效功产生的热量，因此有效地达到了去除冰晶的目的，并将没有冰晶的大部分水送至蒸发器。本发明还可根据工况进行自由调节，即通过控制器制动调节水流混合器中电动阀的开度，根据工况快速响应来调节部分回水的水量，避免极端工况冰晶去除不充分而导致冻管的现象，可靠度高。经过水泵输送的水吸收了水泵运行时的热量，节省了系统能量，成本减少。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。