本發(fā)明涉及一種制冰裝置及方法，具體涉及一種分布式制冰裝置及方法。

背景技術(shù)：

在生產(chǎn)生活過程中，冰有助于提升飲料的口感及一些物品的儲存，因此一些基于這些目的的制冰裝置也得到越來越多的應(yīng)用。商用制冰裝置作為一種整體式產(chǎn)冰、儲冰裝置，在生活、生產(chǎn)和科研等方面均有廣泛的用途。這一類制冰裝置主要有噴淋式、流水式和浸入式等。這三種裝置大都需要依賴于電網(wǎng)提供電力，這在對電網(wǎng)帶來很大的用電壓力的同時，也會因電網(wǎng)“限電”“停電”等問題影響其穩(wěn)定運行。另外，由于制冰裝置依托于固定的電力網(wǎng)絡(luò)，其使用范圍局限于某一固定區(qū)域，這使得設(shè)備在移動過程中有很大的不便，針對一些電網(wǎng)未能達到的區(qū)域諸如邊疆、沙漠、荒島等，制冰裝置也都得不到穩(wěn)定便捷的使用。另外，在制冰過程中產(chǎn)生的融化產(chǎn)物尚未得到很好的利用，這在一定程度上也造成了能源的浪費。

燃料電池技術(shù)是一種新型發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)可以將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有高效、無污染、無噪聲、可靠性高、模塊化、對負載變化可以快速響應(yīng)等顯著優(yōu)點，被認為是解決能源危機的終極方案。基于上述優(yōu)點，燃料電池技術(shù)在分布式能源技術(shù)中也得到了越來越多的應(yīng)用。

但是，在燃料電池運行過程中，其長時間工作會產(chǎn)生大量熱量，其生成產(chǎn)物未能得到有效處理，這些問題一直影響基于燃料電池的分布式能源裝置的高效穩(wěn)定運行。因此，一種更加節(jié)能環(huán)保高效穩(wěn)定的制冰裝置亟待出現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種持續(xù)穩(wěn)定、高效節(jié)能、環(huán)境友好、功能豐富的分布式制冰裝置及方法。其通過燃料電池獲得穩(wěn)定的電能并通過融化產(chǎn)物對燃料電池進行有效地冷卻。在運行過程中，裝置所需全部電能均由燃料電池提供，同時其儲冰盒內(nèi)的融化產(chǎn)物可以對燃料電池進行有效地冷卻。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：包括制冰機本體以及設(shè)置在制冰機本體上的儲水箱、冷凝器、蒸發(fā)器、制冰盤、冰鏟、儲冰盒、托盤、壓縮機、水蒸發(fā)盤和四通閥；其中壓縮機工質(zhì)出口與冷凝器相連，壓縮機工質(zhì)出口還與蒸發(fā)器相連，工質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)器后通過水蒸發(fā)盤與壓縮機工質(zhì)入口相連；

在制冰機本體上還安裝有燃料電池堆，在燃料電池堆內(nèi)還設(shè)置有入口與接水盤相連通的電堆冷卻管路，燃料電池堆的陰極室出口及電堆冷卻管路的出口通過四通閥與水蒸發(fā)盤和儲水箱相連。

所述的儲水箱為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱，存儲溶液應(yīng)為水、糖漿或碳酸等所需液體。

所述冷凝器應(yīng)是空氣冷卻式冷凝器應(yīng)是百葉窗式冷凝器、鋼絲盤管式冷凝器、內(nèi)藏式冷凝器和翅片式冷凝器。

所述的蒸發(fā)器采用鋁合金復(fù)合板式蒸發(fā)器、蛇形盤管式蒸發(fā)器、光管盤式蒸發(fā)器、單側(cè)翅片式蒸發(fā)器或翅片管式蒸發(fā)器。

所述的制冰盤設(shè)有水位感應(yīng)器，能根據(jù)水位高低控制儲水箱出口開閉。

所述的儲冰盒為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱，內(nèi)部設(shè)有冰量感應(yīng)器用于根據(jù)儲冰量多少控制整機運行以及濾網(wǎng)用于冰水分離，濾網(wǎng)下面可以填充吸水材料如海綿等；同時儲冰盒出口可以直接與飲料分配機直接連通。

優(yōu)選地，所述燃料電池電堆應(yīng)為交換膜燃料電池，所述交換膜包括陽離子交換膜、陰離子交換膜或中性交換膜，所消耗的燃料包括h2、ch4、ch3oh、c2h5oh等；所述h2來自于光催化、生物質(zhì)發(fā)酵、工業(yè)副產(chǎn)品等；所述h2來自于ch4、ch3oh重整。

所述的燃料電池電堆的陰極、陽極室分別與氧化劑儲存罐和燃料儲存罐相連，燃料電池堆的陽極室出口與燃料儲存罐相連，所述的氧化劑儲存罐和燃料儲存罐均采用壓力容器。

所述的燃料電池電堆的陰極室與空氣循環(huán)泵或制氧設(shè)備相連；所述燃料電池電堆的陽極室與外接燃料供給管路相連。

所述的壓縮機采用電動機驅(qū)動壓縮式設(shè)備、電磁振蕩壓縮機式設(shè)備、吸收式設(shè)備、半導(dǎo)體式設(shè)備或磁性制冰式設(shè)備。

本發(fā)明的分布式制冰方法包括以下步驟：

若目標為節(jié)能模式，則采用以下步驟運行：

步驟s100：電堆放電和工質(zhì)壓縮預(yù)冷：將氧化劑儲存罐中的氧化劑、燃料儲存罐中的燃料分別通入燃料電池電堆的陰極、陽極使燃料電池電堆放電，陰極產(chǎn)物通過四通閥流入水蒸發(fā)盤通過水蒸發(fā)對工質(zhì)進行預(yù)冷，陽極產(chǎn)物回流至燃料儲存罐；燃料電池放電使壓縮機做功使裝置中的循環(huán)工質(zhì)流動換熱，同時儲水箱出口開關(guān)打開向制冰盤加水并在加滿后自動關(guān)閉；

步驟s200：電堆供電和工質(zhì)循環(huán)：燃料電池電堆工作產(chǎn)生的電能提供給壓縮機；循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮后送到冷凝器內(nèi)，冷凝成液體后經(jīng)毛細管節(jié)流進入制冰機內(nèi)蒸發(fā)器；循環(huán)工質(zhì)流入水蒸發(fā)盤通過水蒸發(fā)進行預(yù)冷，并再次流入壓縮機循環(huán)做功；

步驟s300：產(chǎn)冰儲冰和冷卻燃料電池電堆：循環(huán)工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器時對制冰盤中水進行冷凍制冰，制冰結(jié)束后通過冰鏟進入儲冰盒儲存?zhèn)溆茫枰獣r打開儲冰盒出口使冰流入托盤；同時儲冰盒中的融化水通過接水盤收集后流入電堆冷卻管路與陰極排出的水匯合流入水蒸發(fā)盤，通過水的蒸發(fā)對循環(huán)工質(zhì)進行預(yù)冷。

若目標為節(jié)水模式，則采用以下步驟運行：

步驟s100：電堆放電和儲水箱補水：將氧化劑儲存罐中的氧化劑、燃料儲存罐中的燃料分別通入燃料電池電堆的陰極、陽極使燃料電池電堆放電，陰極產(chǎn)物通過四通閥流入儲水箱進行補水，陽極產(chǎn)物回流至燃料儲存罐；燃料電池放電使壓縮機做功使裝置中的循環(huán)工質(zhì)流動換熱；

步驟s200：電堆供電和工質(zhì)循環(huán)：燃料電池電堆工作產(chǎn)生的電能提供給壓縮機；循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮后送到冷凝器內(nèi)，冷凝成液體后經(jīng)毛細管節(jié)流進入制冰機內(nèi)蒸發(fā)器，進一步流入壓縮機循環(huán)做功；

步驟s300：產(chǎn)冰儲冰和冷卻燃料電池電堆：循環(huán)工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器時對制冰盤中水進行冷凍制冰，制冰結(jié)束后通過冰鏟進入儲冰盒儲存?zhèn)溆茫枰獣r打開儲冰盒出口使冰流入托盤；同時儲冰盒中的融化水通過接水盤收集后流入電堆冷卻管路與陰極排出的水匯合流入儲水箱進一步進行補水。

本發(fā)明以燃料電池作為主要電力來源的獨立制冰裝置，使布置更加靈活應(yīng)用范圍更加廣泛，通過燃料電池電堆提供穩(wěn)定充足的電力供壓縮機做功實現(xiàn)制冰功能，運行過程中的融化產(chǎn)物可以用來冷卻燃料電池電堆以保障其高效穩(wěn)定運行，同時燃料電池的運行產(chǎn)物還可以進行補水。燃料電池電堆輸出電壓可根據(jù)需要選擇性輸出，外部獨立于電網(wǎng)且內(nèi)部協(xié)同互補運行并能夠?qū)ζ渌秒娫O(shè)備如飲料分配機、手機等供電，使用燃料電池作為電源結(jié)構(gòu)，輸出獨立清潔的電能，實現(xiàn)穩(wěn)定制冰，另外，燃料電池所消耗的燃料和氧化劑簡單易得，產(chǎn)物清潔無污染，使裝置運行成本降低且工作產(chǎn)物環(huán)境友好；

本發(fā)明利用裝置內(nèi)的融化產(chǎn)物冷卻燃料電池、預(yù)冷循環(huán)工質(zhì)，冷藏室內(nèi)的融化水用來冷卻燃料電池電堆以保證電堆的穩(wěn)定高效運行。節(jié)能模式中電池產(chǎn)物和融化水流入水蒸發(fā)盤通過自身蒸發(fā)對循環(huán)工質(zhì)進行預(yù)冷，進一步地提升了整個裝置的性能；節(jié)水模式中電池產(chǎn)物和融化水流入儲水箱進行補水，整個產(chǎn)物利用過程節(jié)能環(huán)保。在水資源充足的地區(qū)，節(jié)能模式能夠在提升燃料電池效率的同時進一步提升壓縮機運行效率，使節(jié)能效果最大；在水資源匱乏的地區(qū)，在保證電池效率提升的同時，節(jié)水模式能夠使裝置在無水情況下僅僅依靠燃料實現(xiàn)穩(wěn)定運行，在節(jié)能的同時實現(xiàn)節(jié)水。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種分布式制冰裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-儲水箱，2-冷凝器，3-蒸發(fā)器，4-制冰盤，5-冰鏟，6-儲冰盒，7-托盤，8-接水盤，9-燃料電池電堆，10-電堆冷卻管路，11-燃料儲存罐，12-氧化劑儲存罐，13-壓縮機，14-水蒸發(fā)盤，15-四通閥。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參見圖1，本發(fā)明包括制冰機本體以及設(shè)置在制冰機本體上的儲水箱1、冷凝器2、蒸發(fā)器3、制冰盤4、冰鏟5、儲冰盒6、托盤7、壓縮機13、水蒸發(fā)盤14和四通閥15；其中壓縮機13工質(zhì)出口與冷凝器2相連，壓縮機13工質(zhì)出口還與蒸發(fā)器3相連，工質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)器3后通過水蒸發(fā)盤14與壓縮機13工質(zhì)入口相連；

其中儲水箱1為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱，存儲溶液應(yīng)為水、糖漿或碳酸等所需液體；冷凝器2應(yīng)是空氣冷卻式冷凝器應(yīng)是百葉窗式冷凝器、鋼絲盤管式冷凝器、內(nèi)藏式冷凝器和翅片式冷凝器；蒸發(fā)器3采用鋁合金復(fù)合板式蒸發(fā)器、蛇形盤管式蒸發(fā)器、光管盤式蒸發(fā)器、單側(cè)翅片式蒸發(fā)器或翅片管式蒸發(fā)器；制冰盤4設(shè)有水位感應(yīng)器，能根據(jù)水位高低控制儲水箱出口開閉；儲冰盒6為壓力容器，采用不銹鋼保溫箱、承壓保溫箱或玻璃鋼保溫箱，內(nèi)部設(shè)有冰量感應(yīng)器用于根據(jù)儲冰量多少控制整機運行以及濾網(wǎng)用于冰水分離，濾網(wǎng)下面可以填充吸水材料如海綿等；同時儲冰盒6出口可以直接與飲料分配機直接連通。

在制冰機本體上還安裝有燃料電池堆9以及與燃料電池堆9的陰極室、陽極室相連的氧化劑儲存罐12、燃料儲存罐11，在燃料電池堆9內(nèi)還設(shè)置有入口與接水盤8相連通的電堆冷卻管路10，燃料電池堆的陰極室出口及電堆冷卻管路10的出口通過四通閥15與水蒸發(fā)盤14和儲水箱1相連，燃料電池堆的陽極室出口與燃料儲存罐11相連。其中燃料電池電堆9的陰極、陽極室分別與氧化劑儲存罐12和燃料儲存罐11相連，氧化劑儲存罐12和燃料儲存罐11均采用壓力容器；燃料電池電堆9應(yīng)為交換膜燃料電池，所述交換膜包括陽離子交換膜、陰離子交換膜或中性交換膜，所消耗的燃料包括h2、ch4、ch3oh、c2h5oh等；所述h2來自于光催化、生物質(zhì)發(fā)酵、工業(yè)副產(chǎn)品等；所述h2來自于ch4、ch3oh重整；燃料電池電堆9的陰極室還可以與空氣循環(huán)泵或制氧設(shè)備相連；燃料電池電堆9的陽極室還可以與外接燃料供給管路相連。

本發(fā)明的分布式制冰方法包括以下步驟：

若目標為節(jié)能模式，則采用以下步驟運行：

步驟s100：電堆放電和工質(zhì)壓縮預(yù)冷：將氧化劑儲存罐12中的氧化劑、燃料儲存罐11中的燃料分別通入燃料電池電堆9的陰極、陽極使燃料電池電堆9放電，陰極產(chǎn)物流入水蒸發(fā)盤14通過水蒸發(fā)對工質(zhì)進行預(yù)冷，陽極產(chǎn)物回流至燃料儲存罐11；燃料電池9放電使壓縮機13做功使裝置中的循環(huán)工質(zhì)流動換熱，同時儲水箱1出口開關(guān)打開向制冰盤4加水并在加滿后自動關(guān)閉。

步驟s200：電堆供電和工質(zhì)循環(huán)：燃料電池電堆9工作產(chǎn)生的電能提供給壓縮機13；循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮后送到冷凝器2內(nèi)，冷凝成液體后經(jīng)毛細管節(jié)流進入制冰機內(nèi)蒸發(fā)器3；循環(huán)工質(zhì)流入水蒸發(fā)盤14通過水蒸發(fā)進行預(yù)冷，并再次流入壓縮機13循環(huán)做功；

步驟s300：產(chǎn)冰儲冰和冷卻燃料電池電堆：循環(huán)工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器3時對制冰盤4中水進行冷凍制冰，制冰結(jié)束后通過冰鏟5進入儲冰盒6儲存?zhèn)溆?，需要時打開儲冰盒6出口使冰流入托盤7；同時儲冰盒6中的融化水通過接水盤8收集后流入電堆冷卻管路10與陰極排出的水匯合流入水蒸發(fā)盤14，通過水的蒸發(fā)對循環(huán)工質(zhì)進行預(yù)冷。

若目標為節(jié)水模式，則采用以下步驟運行：

步驟s100：電堆放電和儲水箱補水：將氧化劑儲存罐12中的氧化劑、燃料儲存罐11中的燃料分別通入燃料電池電堆9的陰極、陽極使燃料電池電堆9放電，陰極產(chǎn)物通過四通閥15流入儲水箱1進行補水，陽極產(chǎn)物回流至燃料儲存罐11；燃料電池9放電使壓縮機13做功使裝置中的循環(huán)工質(zhì)流動換熱；

步驟s200：電堆供電和工質(zhì)循環(huán)：燃料電池電堆9工作產(chǎn)生的電能提供給壓縮機13；循環(huán)工質(zhì)經(jīng)壓縮后送到冷凝器2內(nèi)，冷凝成液體后經(jīng)毛細管節(jié)流進入制冰機內(nèi)蒸發(fā)器3，進一步流入壓縮機13循環(huán)做功；

步驟s300：產(chǎn)冰儲冰和冷卻燃料電池電堆：循環(huán)工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)器3時對制冰盤4中水進行冷凍制冰，制冰結(jié)束后通過冰鏟5進入儲冰盒6儲存?zhèn)溆?，需要時打開儲冰盒6出口使冰流入托盤7；同時儲冰盒6中的融化水通過接水盤8收集后流入電堆冷卻管路10與陰極排出的水匯合流入儲水箱1進一步進行補水。

本發(fā)明以燃料電池作為電源裝置，對裝置本身以及其他用電設(shè)備輸出清潔穩(wěn)定的電能，并對自身進行有效地冷卻，保證裝置實現(xiàn)高效穩(wěn)定的制冰功能；裝置在運行過程中，裝置的融化產(chǎn)物可以對燃料電池進行有效的冷卻，節(jié)能模式中電池的工作產(chǎn)物和裝置的融化產(chǎn)物可以對循環(huán)工質(zhì)進行有效地預(yù)冷，節(jié)水模式中電池的工作產(chǎn)物和裝置的融化產(chǎn)物可以進行有效的補水。本發(fā)明實施例提供的一種分布式制冰裝置具有能量密度高、不受地理條件限制、高效穩(wěn)定、節(jié)水節(jié)能、環(huán)境友好、功能豐富、符合分布式能源裝置要求等優(yōu)點。