专利名称：一种超声波内置式过冷却解除装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声波内置式过冷却解除装置，特别是涉及一种用于快速解除液——固两相转变时的过冷却度的超声波装置。
背景技术：
在目益普遍的蓄冷空调和新兴的高密度潜热中央空调中，冷量储存或输送的方式已经由传统的利用单相介质的温差显热变为利用介质发生液——固相变时的潜热。前者如水蓄冷空调、普通冷水式中央空调等，后者如各种冰蓄冷空调、水合物蓄冷空调、以及通过把固——液两相共存的冰浆或水合物浆作为载冷媒体直接输送到空调末端的高密度潜热中央空调等。这些通过相变潜热进行冷量储存或输送的高密度载冷媒体主要包括冰和各种共晶盐水合物(暖冰)。在目前应用前景十分广阔的动态冰蓄冷空调和水合物高密度潜热输送中央空调技术中，冰浆或者水合物浆的制造过程是整个系统运行中的一个重要环节。因为冰浆或水合物浆的生成快慢和品质高低直接决定了系统运行的效率和能耗。
不管是冰还是水合物，在由液态变为固态的过程中都存在过冷现象。所谓过冷现象就是指液体被冷却到相平衡温度(比如水的相平衡温度为0℃)时并不立即发生相变凝固成固态，而是需要被继续冷却到低于相平衡温度一定程度的时候才开始凝固。针对这一特性，在制造冰浆或水合物浆的各种方法中，目前国内外都普遍采用的效率较高的一种方法是先过冷却再绝热解除过冷生成冰浆。具体流程就是，液态的水或者水合物溶液首先被送入热交换器，经过冷源媒体的冷却，温度降低到具有一定过冷度的过冷状态(比如制造冰浆时水一般被过冷到-2℃)，过冷液从热交换器出来后再进入过冷却解除装置，在过冷却解除装置中完全或者部分解除过冷却状态从而生成冰(水合物)浆。这种方法的最大优点就是能够实现冰(水合物)浆制造过程中的连续化和快速化，因此正在成为行业中的主流技术。
很显然，过冷却解除装置是冰(水合物)浆制造技术中的关键设备。目前使用最多的几乎都是以冲击、扰动为主的机械式过冷却解除装置。这些装置的原理是把过冷液以一定的速度和角度直接冲击在不同形状的挡板上，或者通过各种回流通道发生强烈的紊流，以这种冲击或者扰动的方式使不稳定的过冷液发生迅速的结晶从而生成冰粒，释放出的相变潜热使剩下的过冷水温上升，过冷却状态解除。由于这类机械式冲击扰动属于宏观作用，对于冰晶形成的微观过程的影响力是十分有限的。冰晶的生长速度较慢，生成率也比较低，在小过冷度的情况下尤为突出。因此目前的各种过冷却解除装置的过冷却解除效率还有待进一步提高。
超声波是一种刺激晶体形成的有效方法，它通过在液体中产生的空化效应强烈的扰动处于声场中的过冷液体。所谓空化效应，就是指当超声波通过液体媒介时，处于超声波稀疏区的液体会被拉断而出现微小的孔腔，即在液体中生成充满气体的气泡，这种气泡存在的时间很短。这样，在这些气泡的高频生成和快速破灭过程中液体内部会产生很强烈的微小扰动，从而极大的降低了晶体开始形成时的难度。因此对于已经处于一定过冷度下的过冷溶液，施加超声波场能快速解除过冷状态，从而快速生成冰浆。本实用新型正是利用超声波的这一特性，设计了一个能够大幅度提高冰浆生成速度的高效率过冷却解除装置。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能够高效、快速的促使过冷却液体发生相变，生成固液两相混和的冰浆或者水合物浆的超声波内置式过冷却解除装置。
本实用新型的上述目的主要是采用如下技术方案来实现的一种超声波内置式过冷却解除装置，它包含壳体2及封装在所述壳体内部的超声波振子盒10，所述壳体2和所述超声波振子盒10形成一内腔12，该内腔12分别与进口管3和出口管1贯通，所述超声波振子盒10内置若干与电源相连的超声波振子13，所述超声波振子13所形成的超声波发射面11正对所述内腔的中心轴。
所述壳体2和超声波振子盒10形成的内腔12就是过冷却解除的场所，在所述壳体2内表面的方形凹腔内布置两个完全相同的上述超声波振子盒10，超声波振子盒10竖直放置，超声波振子盒发射面11布置在壳体2内部圆柱形内腔12截面的圆周上，以最大可能的保持内腔的圆柱形状。两个超声波振子盒10在水平截面上沿壳体2内部内腔圆周呈120度分布，这样布置的目的是为了使两个超声波振子盒10发射的超声波在壳体内腔内相互斜交，以在内腔内制造既强烈又均匀的超声波场空化扰动。
在所述壳体的上部侧面上布置有一进口管3，下部侧面上布置有一出口管1。进出口管均沿壳体内部内腔的圆周切线方向水平引出，且水流进出的旋转方向相同。这样的进出口管布置方式是为了使水流在进入壳体内部内腔后发生旋转扰动，以使水流在内腔内接受更加均匀的超声波辐射。
所述壳体顶部开有一排气管5，排气管装有截止阀4。可以通过截止阀4排除壳体内的杂质气体，也可以作为高压安全保护措施。
所述壳体的材料可以是钢、铜、有机玻璃等，不需要特别规定。
所述的超声波振子盒由超声波振子13、不锈钢外壳14和超声波振子电源引线6组成。若干超声波振子13等间距的布置在矩形截面的长方体不锈钢外壳14内部，所有超声波振子13的发射面都贴在不锈钢外壳的同一个内表面上，这个内表面所对应的外表面就是超声波振子盒的发射面11，它在过冷却解除装置中正对上述过冷却解除场所内腔的中心轴，以便向内腔2内发射均匀的超声波。除超声波振子电源引线6处是开口外，超声波振子盒是全部封闭的，其内外部隔绝，以防止液体侵入腐蚀超声波振子。
所述超声波振子盒的电源引线处设有电源引线不锈钢套管7，套管外壁面加工有螺纹。振子盒整体封装在所述壳体内，电源不锈钢套管包裹着振子电源引线从壳体圆形开孔处伸出，并通过密封胶垫9和紧固螺母8使壳体封闭。另一方面，不锈钢电源引线套管和紧固螺母还起到固定振子盒的作用。
本实用新型利用内置式超声波刺激过冷却液体生成冰(水合物)浆，比之传统的机械冲击式过冷却解除装置，性能得到大幅度提高，大大改善了过冷液生成冰(水合物)浆的过程和比例，其优点主要表现为1.超声波刺激使得冰(水合物)浆的生成速度大大提高，过冷却解除效率远远高于传统的机械冲击式；2.整个装置结构简单紧凑；3.全封闭式的装置同时适合开式和闭式的制冰(水合物)系统；4.全部的超声波振子都封装集成在不锈钢超声波振子盒内，有效的避免了超声波振子可能遭受的机械破坏和化学腐蚀，使得本实用新型装置既适合制造冰浆也适合制造有一定挥发性和腐蚀性的水合物浆；5.超声波振子盒的全内置可以最大限度的利用超声波能量，大量节约超声波发生器的功耗。
6.120度交错的超声波场均匀稳定，旋转通过的过冷液在装置中能够充分均匀的混合并接受超声波辐射，同时还可以防止生成的冰浆分层堵塞出口。
7.声波振子的超声波发射频率和发射功率均可调节，以适应不同的流量状况。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的横截面结构示意图；图3是实用新型超声波振子盒内部结构示意图(包括正视图和俯视图)附图标记说明1出口管，2壳体，3进口管，4截止阀，5排气管，6超声波振子电源引线，7电源引线不锈钢套管，8螺母，9密封胶垫，10超声波振子盒，11发射面，12内腔，13超声波振子，14不锈钢外壳
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型的一种超声波内置式过冷却解除装置，它包含壳体2及封装在壳体2内部的两个超声波振子盒10，壳体2和超声波振子盒10形成一圆柱形内腔12，两个超声波振子盒10在水平截面上沿内腔12圆周呈120度分布。内腔12分别与布置在壳体2下部侧面的进口管3和布置在壳体2上部侧面的出口管1贯通，进口管3和出口管1均沿壳体内腔12的圆周切线方向水平引出，且水流进出的旋转方向相同。超声波振子盒10内等间距地放置若干通过超声波振子电源引线6与电源相连的超声波振子13，超声波振子13所形成的超声波发射面11正对内腔12的中心轴。在壳体2顶部开有一排气管5，排气管5装有截止阀4。
超声波振子盒10的超声波振子电源引线6处设有电源引线不锈钢套管7，电源引线不锈钢套管7包裹着超声波振子电源引线6从壳体2圆形开孔处伸出，并通过橡胶密封胶垫9和紧固螺母8使壳体2封闭。另一方面，电源引线不锈钢套管7和紧固螺母8还起到固定超声波振子盒10的作用。
本实用新型为长柱形结构，使用时须竖直放置。如图1所示。从过冷却热交换器出来的过冷却液由进口管3进入超声波内置式过冷却解除装置。由于进口管3以水平切线的方向导入装置内部的圆柱形内腔12，如图2所示，过冷却液一进入超声波内置式过冷却解除装置内部就产生旋转。又因为超声波内置式过冷却解除装置的出口管1也以相同旋转方向的切线方向导出超声波内置式过冷却解除装置内部圆柱内腔12，这样在整个装置的内部圆柱形内腔12里流体将以螺旋向下的方式旋转流过装置。沿圆周呈120度间距布置的两个超声波振子盒10的发射面11正对内部圆柱内腔12的中心轴，并向以螺旋方式流经内腔12内的过冷液辐射呈120度交错的两个超声波阵列。当过冷液由上至下经历足够时间的超声波辐射之后，细小的冰晶颗粒开始形成，在到达装置底部时已经生成足够浓度的冰(水合物)浆，最后由出口管1排出。
冰(水合物)浆的生成必须有足够长的超声波辐射时间，生成的速度和冰(水合物)浆固体含量的多少(即过冷却解除的程度)与超声波辐射时间也关系密切。本实用新型装置中，过冷液接受超声波辐射的圆柱形内腔有足够大的横截面积，因此过冷液从上至下的平均移动速度可以达到很小的程度，也就是说过冷液在超声波场中有足够长的驻留时间，满足超声波解除过冷液的过冷却度的必要条件。同时，可以通过控制入口流量方便的控制过冷液在装置内的驻留时间，从而得到最优化的过冷却解除条件。
权利要求1.一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于它包含壳体(2)及封装在所述壳体(2)内部的超声波振子盒(10)，所述壳体(2)和所述超声波振子盒(10)形成一内腔(12)，该内腔(12)分别与进口管(3)和出口管(1)贯通，所述超声波振子盒(10)内置若干与电源相连的超声波振子(13)，所述超声波振子(13)所形成的超声波发射面(11)正对所述内腔(12)的中心轴。
2.根据权利要求1所述的一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于所述超声波振子盒(10)布置在所述壳体(2)内表面的方形凹腔内，超声波振子盒(10)竖直放置，其发射面布置在壳体(2)内部圆柱形内腔(12)截面的圆周上，以最大可能的保持内腔(12)的圆柱形状。
3.根据权利要求1或2所述的一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于所述超声波振子盒(10)为两个，且在水平截面上沿所述内腔(12)周边呈120度分布。
4.根据权利要求1或2所述的一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于所述进口管(3)布置在所述壳体(2)的上部侧面，所述出口管(1)布置在所述壳体(2)的下部侧面，两者均沿壳体内腔(12)的圆周切线方向水平引出，且水流进出的旋转方向相同。
5.根据权利要求1所述的一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于所述壳体(2)顶部开有一排气管(5)，所述排气管(5)装有截止阀(4)。
6.根据权利要求1或3所述的一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于所述的超声波振子盒(10)由超声波振子(13)、不锈钢外壳(14)和超声波振子电源引线(6)组成，多个超声波振子(13)等间距的布置在矩形截面的长方体不锈钢外壳(14)内部，所有超声波振子的发射面都贴在不锈钢外壳(14)的同一个内表面上。
7.根据权利要求1或3所述的一种超声波内置式过冷却解除装置，其特征在于所述振子电源引线(6)处设有电源引线不锈钢套管(7)，套管外壁面加工有螺纹(8)。
专利摘要本实用新型提供了一种超声波内置式过冷却解除装置。包含壳体2及封装在壳体内部的超声波振子盒10，两者形成一分别与进口管3和出口管1贯通的内腔12。两个超声波振子盒10在水平截面上沿壳体2内部内腔圆周呈120度分布，超声波发射面11正对所述内腔的中心轴，使其发射的超声波在壳体内腔内相互斜交，以在内腔内制造既强烈又均匀的超声波场空化扰动。进出口管均沿壳体内部内腔的圆周切线方向水平引出，且水流进出的旋转方向相同。本实用新型能够高效、快速的促使过冷却液体发生相变，生成固液两相混和的冰浆或者水合物浆，比之传统的机械冲击式过冷却解除装置，性能得到大幅度提高，大大改善了过冷液生成冰(水合物)浆的过程和比例。
文档编号F25C1/22GK2854458SQ200520066480
公开日2007年1月3日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者冯自平, 肖睿, 黄冲, 何世辉 申请人:中国科学院广州能源研究所