專利名稱：采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)。
背景技術：
冰蓄冷技術是電力“移峰填谷”和解決尖峰電力不足的重要方法之一，而基于冰漿的動態(tài)蓄能方式是目前蓄冷領域最新的技術之一。動態(tài)冰漿由微小的冰晶和溶液組成，冰晶粒子的直徑一般在幾十微米到幾百微米，而溶液通常是由水和冰點調(diào)節(jié)劑(如乙二醇、乙醇或氯化鈉等)構成。這種混和溶液有著很好的傳輸性能，能夠像普通流體一樣在管道內(nèi)運輸或者在冰槽中貯存，冰晶在傳熱過程具有相變特性，冰晶粒子的瞬間相變將釋放出大量的冷量，可以快速降溫及快速響應冷負荷的變化，使得動態(tài)冰漿的單位容積冷容量比同等冷水的冷容量要高出許多，因而可以大幅度地減小輸送管直徑、降低泵功消耗、減小換熱器的結構尺寸。制冰技術一般分為靜態(tài)制冰和動態(tài)制冰。靜態(tài)制冰技術發(fā)展得比較早，它與動態(tài)制冰技術的最大區(qū)別就是靜態(tài)制取的冰不參與輸送，并且制冰不連續(xù)進行，難以用于 制取冰漿。動態(tài)制冰的主要方法目前有過冷水法、冷凍蒸汽法、真空閃蒸法和氣體直接接觸法等。特別是直接接觸法傳熱熱阻小傳熱效率高，所以近年來廣受關注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是優(yōu)化冷凍蒸汽式制取冰漿系統(tǒng)的制冷循環(huán)部分，用空氣制冷循環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)制冷循環(huán)，降低成本，節(jié)約能源消耗；另外，本發(fā)明還提出新型的冰漿生成
器結構，進一步簡化設備。為實現(xiàn)以上的技術目的，本發(fā)明將采取以下的技術方案
一種采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)，包括冰漿生成器、空氣制冷循環(huán)裝置以及制冰溶液循環(huán)裝置，所述冰漿生成器包括制冰水溶液通道以及載冷氣體通道，所述空氣制冷循環(huán)裝置包括依次連接的制冷壓縮機、管束式換熱器的熱側(cè)通道以及渦輪冷卻器，該制冷壓縮機的入口與載冷氣體通道的出口連接，而渦輪冷卻器的出口則與載冷氣體通道的入口連接；所述制冰溶液循環(huán)裝置包括管束式換熱器的冷側(cè)通道以及制冰溶液泵，該管束式換熱器冷側(cè)通道的入口與制冰水溶液通道的出口連接，而制冰溶液泵得出口則與制冰水溶液通道的入口連接。所述冰漿生成器包括殼體以及并排置于殼體內(nèi)的管束；冰水溶液通道為各管束的內(nèi)腔，載冷氣體通道為各管束外壁與殼體內(nèi)壁之間的流通間隙，且載冷氣體通道中的載冷氣體的流向與冰水溶液通道中冰水溶液的流向相垂直。所述制冷壓縮機的出口通過第一電阻溫度計與管束式換熱器熱側(cè)通道的入口連接，而管束式換熱器熱側(cè)通道的出口與渦輪冷卻器的入口之間連接第二電阻溫度計，渦輪冷卻器與載冷氣體通道入口之間的連接管道上依次安裝第一壓力表、第三電阻溫度計、第一截止閥、第二壓力表、第四電阻溫度計、第一溫度傳感器；載冷氣體通道的出口依次通過第五電阻溫度計、第三壓力表、第二截止閥、第一三通閥、第四壓力表、第六電阻溫度計、第四截止閥與制冷壓縮機的入口連接。冰水溶液通道的出口與管束式換熱器冷側(cè)通道的入口之間通過第七電阻溫度計連接，管束式換熱器冷側(cè)通道的出口與制冰溶液泵入口之間順序連接第五壓力表、第八電阻溫度計以及第五截止閥，制冰溶液泵出口依次通過第一球閥、第六截止閥、第九電阻溫度計、第二三通閥、第六壓力表、第十電阻溫度計、第一流量計、第六截止閥與冰水溶液通道的入口相連接。根據(jù)以上的技術方案，相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下的有益效果 本發(fā)明采用與冰漿生成器的載冷氣體通道首尾相連的制冷壓縮機、管束式換熱器熱側(cè)通道以及渦輪冷卻器循環(huán)制冰載冷氣體，與冰漿生成器的制冰水溶液通道首尾相連的管束式換熱器冷側(cè)通道以及制冰溶液泵循環(huán)制備制冰水溶液，由此可知本申請用空氣制冷循環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)制冷循環(huán)，降低成本，節(jié)約能源消耗；
本發(fā)明所述的冰漿生成器包括載冷氣體通道以及制冰水溶液通道，且制冰水溶液通道為各并排放置于殼體的管束內(nèi)腔，而載冷氣體通道為各并排放置管束外壁與殼體內(nèi)壁之間形成的區(qū)域，且制冰水溶液在制冰水溶液通道中的流經(jīng)方向與載冷氣體在載冷氣體通道中的流經(jīng)方向相垂直，由此可知，本申請所述的冰漿生成器的結構類似于管束式換熱器結構，進一步簡化設備。


圖I是用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)結構示意 圖2是該系統(tǒng)中冰漿生成器的結構示意圖；其中(a)為俯視圖；(b)為左視圖。其中，壓縮機I、管束式換熱器2、第一氣液分離器3、渦輪4、冰漿生成器5、第二氣液分離器6、第一三通閥7、噴水器8、液體泵9、第二三通閥10。
具體實施例方式以下將結合附圖詳細地說明本發(fā)明的技術方案。如圖I所示，本發(fā)明所述采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)，包括冰漿生成器、空氣制冷循環(huán)裝置以及制冰溶液循環(huán)裝置，所述冰漿生成器包括制冰水溶液通道以及載冷氣體通道，所述空氣制冷循環(huán)裝置包括依次連接的制冷壓縮機、管束式換熱器的熱側(cè)通道以及渦輪冷卻器，該制冷壓縮機的入口與載冷氣體通道的出口連接，而渦輪冷卻器的出口則與載冷氣體通道的入口連接；所述制冰溶液循環(huán)裝置包括管束式換熱器的冷側(cè)通道以及制冰溶液泵，該管束式換熱器冷側(cè)通道的入口與制冰水溶液通道的出口連接，而制冰溶液泵得出口則與制冰水溶液通道的入口連接。所述制冷壓縮機的出口通過第一電阻溫度計與管束式換熱器熱側(cè)通道的入口連接，而管束式換熱器熱側(cè)通道的出口與渦輪冷卻器的入口之間連接第二電阻溫度計，渦輪冷卻器與載冷氣體通道入口之間的連接管道上依次安裝第一壓力表、第三電阻溫度計、第一截止閥、第二壓力表、第四電阻溫度計、第一溫度傳感器；載冷氣體通道的出口依次通過第五電阻溫度計、第三壓力表、第二截止閥、第一三通閥、第四壓力表、第六電阻溫度計、第四截止閥與制冷壓縮機的入口連接；冰水溶液通道的出口與管束式換熱器冷側(cè)通道的入口之間通過第七電阻溫度計連接，管束式換熱器冷側(cè)通道的出口與制冰溶液泵入口之間順序連接第五壓力表、第八電阻溫度計以及第五截止閥，制冰溶液泵出口依次通過第一球閥、第六截止閥、第九電阻溫度計、第二三通閥、第六壓力表、第十電阻溫度計、第一流量計、第六截止閥與冰水溶液通道的入口相連接。另外，所述管束式換熱器與渦輪之間設有第一氣液分離器，同時該管束式換熱器與冰漿生成器之間設有噴水器，而第一三通閥與冰漿生成器之間也設有第二氣液分離器，所述噴水器收集第一氣液分離器和第二氣液分離器的水分，并將收集到的水分噴淋到壓縮機和渦輪上，以降低其溫度。如圖2所示，本發(fā)明所述冰漿生成器包括殼體以及并排置于殼體內(nèi)的管束；冰水溶液通道為各管束的內(nèi)腔，載冷氣體通道為各管束外壁與殼體內(nèi)壁之間的流通間隙，且載冷氣體通道中的載冷氣體的流向與冰水溶液通道中冰水溶液的流 向相垂直。附圖中，管束呈豎直方向排布，而載冷氣體通道的入口、出口呈水平方向設置。本發(fā)明的工作原理如下
本發(fā)明用壓縮機和渦輪來冷卻空氣，冷卻后的空氣作為冷媒來冷凍冰漿生成器中的制冰水溶液蒸汽，同時制冰水溶液作為空氣制冷循環(huán)換熱器的冷邊提供冷量；具體為該氣體直接接觸式制冰漿系統(tǒng)包括氣體循環(huán)和制冰溶液循環(huán)兩部分，空氣首先通過制冷壓縮機增壓后，溫度壓力都升高，然后進過一級換熱器，溫度會降低一些，接著再通過渦輪膨脹對外做功，空氣溫度進一步下降，接著低溫的空氣通往冰漿生成器。這里的冰漿生成器采用類似管束式換熱器的結構，豎直排列很多管束，管束中由上至下噴入制冰水溶液，而被冷卻的空氣水平通過管束，空氣中的冷量被管束中的制冰水溶液液滴吸收后，形成冰晶，落入下面的冰漿儲存槽中?？諝鉁囟壬仙?，然后通過一個三通閥回到壓縮機中繼續(xù)被壓縮。冰漿生成器中，沒有結冰的水溶液被導出容器，通過液體泵進入到空氣循環(huán)的換熱器中，對空氣進行冷卻，最后通過三通閥與補充的水溶液混合后再進入冰漿生成器制冰，完成一個循環(huán)。開啟壓縮機I后，由第一三通閥7補充的空氣連同通過冰漿生成器5以后的空氣混合以后進入壓縮機1，氣體經(jīng)過壓縮機I加壓升溫后通過管束式換熱器2，在換熱器中充分換熱降溫后通過第一氣液分離器3將水導入噴水器8中，干燥的空氣通過渦輪冷卻器4膨脹做功，溫度進一步降低，此時低溫的空氣導入冰漿生成器5中，冰漿生成器5如附圖2所示，為一列一列豎直排列的管束，管束中流動著制取冰漿的水溶液蒸汽，低溫空氣掠過管束表面，將制冰溶液蒸汽冷卻成冰晶，之后升溫的空氣通過氣液分離器6和補充的空氣混合后再次通過壓縮機壓縮，完成一個循環(huán)；冰漿生成器5中冰晶顆粒落入下方的收集器中，未能結冰的水溶液則通往管束式換熱器2的冷邊，用以冷卻壓縮機I出口的高溫空氣，然后通過液體泵9與補充的水溶液混合后再次通往冰漿生成器5中，完成一個循環(huán)；噴水器8的作用是收集氣液分離器分離的水分，將水噴淋到壓縮機I和渦輪4上，降低其工作溫度，提高壓縮和膨脹的效率。上面結合附圖所描述的本發(fā)明優(yōu)選具體實施例僅用于說明本發(fā)明的實施方式，而不是作為對前述發(fā)明目的和所附權利要求內(nèi)容和范圍的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術和權利保護范疇。
權利要求
1.一種采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)，其特征在于包括冰漿生成器、空氣制冷循環(huán)裝置以及制冰溶液循環(huán)裝置，所述冰漿生成器包括制冰水溶液通道以及載冷氣體通道，所述空氣制冷循環(huán)裝置包括依次連接的制冷壓縮機、管束式換熱器的熱側(cè)通道以及渦輪冷卻器，該制冷壓縮機的入口與載冷氣體通道的出口連接，而渦輪冷卻器的出口則與載冷氣體通道的入口連接；所述制冰溶液循環(huán)裝置包括管束式換熱器的冷側(cè)通道以及制冰溶液泵，該管束式換熱器冷側(cè)通道的入口與制冰水溶液通道的出口連接，而制冰溶液泵得出口則與制冰水溶液通道的入口連接。
2.根據(jù)權利要求I所述采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)，其特征在于所述冰漿生成器包括殼體以及并排置于殼體內(nèi)的管束；冰水溶液通道為各管束的內(nèi)腔，載冷氣體通道為各管束外壁與殼體內(nèi)壁之間的流通間隙，且載冷氣體通道中載冷氣體的流向與冰水溶液通道中冰水溶液的流向相垂直。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用空氣循環(huán)制冷的冷凍蒸汽式冰漿制取系統(tǒng)，包括冰漿生成器、空氣制冷循環(huán)裝置以及制冰溶液循環(huán)裝置，所述冰漿生成器包括制冰水溶液通道以及載冷氣體通道，所述空氣制冷循環(huán)裝置包括依次連接的制冷壓縮機、管束式換熱器的熱側(cè)通道以及渦輪冷卻器；所述制冰溶液循環(huán)裝置包括管束式換熱器的冷側(cè)通道以及制冰溶液泵。本發(fā)明的目的是優(yōu)化冷凍蒸汽式制取冰漿系統(tǒng)的制冷循環(huán)部分，用空氣制冷循環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)制冷循環(huán)，因此本發(fā)明不僅能夠降低成本，節(jié)約能源消耗，而且本發(fā)明還提出新型的冰漿生成器結構，進一步簡化設備。
文檔編號F25C1/00GK102901294SQ20121037243
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者馮詩愚, 王盛園, 付振東, 黃龍, 劉衛(wèi)華 申請人:南京航空航天大學