[发明专利]一种利用超声波制备流态冰的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波应用、蒸发冷冻制冷、制取流态冰的技术领域,特别涉及一种利用超声波雾化冷冻水进行喷淋结合蒸发过冷过程制取流态冰和装置。

背景技术

相变蓄能技术是用于建筑节能领域降低建筑采暖/制冷能耗解决电力供需间矛盾的一项重要技术。冰蓄冷技术则是当前相变蓄能技术的重要代表之一。冰蓄冷系统可以分为静态冰蓄冷系统和动态冰蓄冷系统。静态冰蓄冷系统易于实现，应用较为普遍，但存在着一定缺陷：冷水与冰层明显分层，增大了固/液界面的热阻，降低了换热效率，能量损耗大；制成的冰通常是静态的块状冰，释冷速度慢，且不利于运送，缺乏灵活性。为了克服这些问题，动态冰蓄冷技术应运而生。动态冰蓄冷系统中制取的冰为流体冰（二元冰、冰浆），是以微小的冰晶与水溶液的混合物形式存在于蓄冷系统中。冰晶具有较大的传热面积，可以获得较快的供冷速率和较好的温度调解特性；提高了蓄冷密度，减小了蓄冰系统的占地面积及初投资；流态冰有良好的流动性，可以通过泵来输送，蓄冷系统的灵活性也得到了大大提升。

目前，流态冰的制取方法主要有：直接接触换热法、刮削法、真空法、过冷水制流态冰法。这些方法分别存在着环保特性差、能耗大、真空状态难于保持、水的过冷状态不稳定容易产生冰堵、蒸发温度的控制要求非常精确难度甚高的缺点，因此研究开发新型高效的制取流态冰的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明提供一种环保节能、结构简单、易于实施的基于超声波雾化喷淋及蒸发过冷技术的制取流态冰的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种利用超声波制备流态冰的装置，包括：超声波雾化喷淋装置和流态冰制冰室；所述超声波雾化喷淋装置包括超声波发生器、能量转换器和超声波喷嘴。超声波发生器、能量转换器和超声波喷嘴依次相连，超声波喷嘴位于流态冰制冰室上端；流态冰制冰室上端有空气入口，内部有解冷器，下端有空气出口与离心风机相连；流态冰制冰室下端依次和冰水分离器、储冰槽相连。

    一种利用超声波制备流态冰的方法，采用以下步骤：

（1）   将储存在冷冻水箱中的冷冻水抽出并送入超声波雾化装置中，雾化成均匀的雾状颗粒通过超声波喷嘴喷淋入流态冰制冰室中；

（2）低含湿量空气经空气入口被送入流态冰制冰室，使雾化冷冻水温度降低凝结成小冰晶；

（3）冰晶与未结冰的冷冻水经冰水分离器分离，冰晶进入储冰槽，冷冻水经水泵进入冷冻水箱中；

（4）流态冰制冰室排出的较高含湿空气经离心风机送去溶液深度除湿循环进行除湿处理，再由空气入口送入流态冰制冰室。

    冷冻水是利用蒸发冷冻预冷前置过程制取。

本发明的技术方案是将传统的真空法和过冷水法制流态冰技术相结合，同时利用超声波雾化喷淋技术，并辅以蒸发冷冻预冷过程及溶液深度除湿循环来实现的。超声波雾化喷淋蒸发过冷制取流态冰的方法，包括超声波雾化和蒸发过冷制取流态冰两个过程。

其具体方案如下：首先利用蒸发冷冻预冷过程制取冷冻水，蒸发冷冻预冷过程实际上就是在非常温工况下的蒸发冷却过程，该过程是本方案的前处理过程，产生的冷冻水存储在冷冻水箱中；然后将温度在0^oC以上的冷冻水通过水泵从冷冻水箱中抽出并送入超声波雾化装置中，冷冻水被超声波雾化装置雾化成均匀的雾状颗粒通过雾化喷嘴喷淋入制冰室中；另一方面，低含湿量的空气也同时被送入蒸发制冰室中，空气的干球温度与含湿量通过溶液深度除湿循环被控制在适当的数值，这使得空气的湿球温度保持在0^oC以下，将制冰室内的压力维持在三相点压力（611.73Pa）之下，则在制冰室内由超声波喷雾产生的雾滴表面不断汽化，并吸收汽化热，使得液滴温度将逐渐降低，直到达到冰点温度，凝结成小冰晶；制冰室内的压力可以保持在611Pa以下或者是真空状态，此时雾滴将被冷却到过冷状态。被过冷的水滴用解冷器进行处理，水滴解除过冷水状态后成为冰晶，生成的冰晶可以与未结冰的部分水混在一起经过冰水分离器进行分离，将冰晶用于制取流态冰，将多余的冷冻水收回进冷冻水箱继续利用。而从制冰室出来的较高含湿量的空气可以通入溶液深度除湿装置中进行除湿，除湿过后的低含湿量的空气再重新进入制冰室中继续用于制冰。

本发明的有益效果如下。

1、本发明主要以水作为循环工质，减少了对环境的污染；相对于传统的方法节省了大量的电能，实现了能源利用的可持续性发展。