专利名称：超声波过冷解除装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及过冷水制冰技术，具体是一种超声波过冷解除装置。
背景技术：
冰蓄冷技术利用电网低谷时段制冷主机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，待电网高峰时段将冷量释放出来，是实现移峰填谷和节能降耗的重要技术。冰蓄冷技术的制冰方式有两种，一种是传统的冰球式和盘管式制冰，另外一种是20世纪90年代逐步发展起来
的动态制冰方式，即过冷水制冰方式。由于过冷水制冰具有较高的制冰率和能量效率，因而得到越来越多人的重视。过冷水制冰系统通常包括过冷却装置、过冷解除装置和蓄冰槽，其原理是过冷却装置利用制冷主机提供冷量将普通水冷却至过冷状态(零度以下的过冷水)，过冷水通过过冷解除装置(也称为促晶器)解除过冷状态，形成零度的冰水混合物(冰浆)，最后冰浆储存于蓄冰槽中，用于制冷系统的制冷和其他用冰的场合。过冷水制冰关键的技术在于确保流过过冷却装置的液体具有尽可能大的过冷度，但同时又必须保证过冷液体不能在流出热交换器之前生成冰晶，否则换热器将被堵塞甚至破坏。此外，还应有高效率的过冷却解除技术，以确保过冷水能够连续快速结晶。过冷水并不稳定，诱发结冰的因素很多，现有研究表明利用超声波可以破坏过冷水的过冷状态，促进晶核快速生成，解除过冷状态。然而现有基于超声波解除过冷原理的过冷解除装置还不能很好地解除过冷，普遍存在解除过冷不够充分，能耗过大，解除过冷效率不高的问题。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是提供一种解除过冷更加充分，能耗更加小，且具有较高解除过冷效果的超声波过冷解除装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种超声波过冷解除装置，包括用于输送过冷液体的外管和用于向该外管中的过冷液体施加超声波的超声波装置，该外管设有第一出口和第二出口，该外管包括第一端和第二端，其中所述超声波装置设置在所述外管中，其包括固设于所述外管中且内设有空腔的壳体和设置在该壳体中的若干超声波换能器，该壳体包括第一端和第二端。所述外管的第一出口和第二出口分别设置在所述外管的两端。改进之一所述外管上设有连通所述壳体内部与所述外管外部的引线器，所述超声波换能器的引线从该引线器引出至所述外管外部。改进之二 至少一所述支撑固定件呈管状，其一端与所述外管的管壁固定连接，另一端与所述壳体的壳壁固定连接，所述超声波换能器的引线从所述支撑固定件引出至所述外管外部。即支撑固定件同时起到限位固定和引线作用。改进之三所述壳体呈纺锤形，其第一端和第二端均呈锥状。当液体流经壳体时，壳体的前端尖角产生劈流作用，相当于文丘里管的收缩段，引导过冷液体进入喉道，壳体的尾端尖角起到过渡作用，减少液流喘振。与现有技术相比，有益效果是本实用新型的超声波装置为“内置式”结构，即将超声波装置设置在输送过冷液体外管的内部而不是外部，这样的好处在于(I)超声波能量利用率高，解除过冷效果好 。与外置式结构相比，“内置式”结构的超声波装置实际上是“浸入”过冷液体中的，所产生的大部分超声波都可以被周围的液体吸收，能量转换率更高，从而提高解除过冷效果。(2)由于超声波装置设置在外管中，收窄了外管的部分通过，形成文丘里式结构，有效提高解除过冷效果。(3)晶核生成更加均匀。“内置式”结构的超声波装置的辐射角度范围更大，更加均匀，可以提高外管中过冷液体晶核生成的均匀程度，避免原有外置式超声波装置存在的靠近超声波声源处的液体产生的晶核较多较密集，而在远离超声波声源的晶核较少的问题。因此本实用新型解除过冷更加充分，能耗更加小，且具有更高的解除过冷效效果。
图I为本实用新型的原理示意图。图2为实施例一的结构示意图。图3为实施例二的结构示意图之一，各个支撑固定件与引线器是各自独立的部件。图4为实施例二的结构示意图之二，其中一支撑固定件与引线器是同一部件。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。如图I所示，本实用新型的超声波过冷解除装置包括外管10和超声波装置20。该外管10用于输送过冷液体，其上设有第一出口 13和第二出口 14，且外管10呈管状，其两端中的一端定义为第一端11，另一端定义为第二端12。过冷液体既可以先从第一出口 13进入外管10，再从第二出口 14流出外管10 ;也可以先从第二出口 14流入外管10，再从第一出口 13流出外管10。该超声波装置20设置在外管10中用于向该外管10中的过冷液体施加超声波，其包括壳体30和若干超声波换能器40。其中，壳体30通过直接或间接方式固定设置在外管10中，形状与外管10的形状相匹配。为便于描述，同样将壳体30的两端分别定义为第一端31和第二端32。而超声波换能器40则设置在壳体30的空腔中，超声波的发射端(或发射面)紧贴壳体30的内壁面。若外管10和壳体30为同心管，则超声波换能器40的发射方向应大致垂直于外管10和壳体30的长度方向，这样得到的外管10径向方向的超声波分量最大，超声波利用率较高。本文中的第一端、第二端、第一出口、第二出口等都是相对的概念，并非用于限制其结构。本实用新型的工作原理是(I)过冷液体流经超声波装置20时超声波装置20处相当于文丘里管的喉道，在喉道内流体的流速加快，压力降低，形成明显的负压。一方面，若通过合理设计壳体30和外管10，获得适合的变径比，则可以使得使该区域(喉道区域)的压力低于该区域温度的饱和蒸汽压，由此可以在该区域迅速形成充满蒸汽的空化气泡。另一方面，由于超声波装置20还在该区域施加的超声波辐照，也会促使过冷液体产生空化气泡。因此本装置得到可以叠加的双重空化效果。(2)过冷液体流过超声波装置20后没有溃灭的空化气泡随流体流出超声波发振器的尾部区域时，压力突然增大，气泡瞬间溃灭，从而产生更加强烈空化效应。空化效应是指气泡溃灭能产生瞬时局部的高温高压并形成强烈的冲击波，将破坏过冷液的液相稳定态，促进大量形成晶核，从而迅速解除过冷。总体而言，将超声波装置20设置在输送过冷液体的外管10中，可以获得基于文丘里效果和超声波效果的双重叠加空化效应，有效提高解除过冷效果，避免发生管路堵冰，保障连续制冰。实施例一如图2所不,超声波装置壳体30的第一端31与外管10的第一端11固 定连接，即超声波装置与外管10之间是直接固定连接的。壳体30的第一端31固定，而壳体30的其余部分(包括第二端)既可以直接“悬空”在外管10中，也可以通过进一步的加固手段限定，例如在壳体30与外管10之间设置限位部件或连接部件，来限定壳体30与外管10之间的相对空间位置。该壳体30的第一端31与外管10的第一端11之间可以采用现有的各种连接技术，例如常规的法兰连接方式，此时为了保证外管10与壳体30之间的密封效果，防止液体泄漏，还应在壳体30与外管10的法兰盘连接处设置密封部件。由于外管10的第一端11已被堵住，因此外管10的第一出口 13需要设置在外管10的管壁上，而外管10的第二出口 14则设置在外管10的第二端12处。进一步的，外管10的第一出口 13设置在靠近外管10的第一端11处。这样可以防止外管10中形成液体流动死区而产生冰堵，并使进入外管10的过冷液体充分吸收超声波装置所产生的超声波，提高能量利用率。如图2所示，对于本实施例的超声波装置，其引线50从壳体30的第一端31引出。该壳体30的第一端31处设置一引线盒33，超声波换能器的引线50通过引线盒33引出并与外部的超声波驱动电源90连接。此外还可以先在外管10上设置连通壳体30内部与外管10外部的引线器(图未示)，再将超声波换能器的引线50从该引线器引出至外管10的外部。为了进一步固定壳体30，还可以在壳体30的外壁面与外管10的内壁面之间设有支撑固定件(图未示)。支撑固定件和上述引线器既可以是不同的部件，可以是同一个部件。对于后者，这些支撑固定件中至少有一个应采用管状结构，其一端与外管10的管壁固定连接，另一端与壳体30的壳壁固定连接，超声波换能器的引线从支撑固定件引出至外管10外部。此时，支撑固定件同时起到限位固定和引线作用。此外，壳体30的第二端呈锥状。所谓呈锥状，是指该端部的尺寸与壳体30的主体部分相比有一定程度的缩小。液体从壳体30的第二端流出时，锥状结构可起到过渡作用，减少液流喘振。实施例二 如图3、图4所示，本实施例的超声波装置20’的壳体30’的外壁面与外管10’的内壁面之间设有支撑固定件60。支撑固定件60可以采用嵌入式部件，即该部件并不直接与壳体30’或外管10’直接固定，而是通过该部件的限位作用实现壳体30’与外管10’之间的相对固定；支撑固定件60也可以采用连接式部件，即该部件与壳体30’和/或外管10’固定连接，例如焊接、螺纹连接等。此时，由于外管10’的两端并未被堵住，因此可以直接将外管10’的第一出口 13’和第二出口 14’分别设置在外管10’的两端11’、12’。该外管10’上设有连通壳体30’内部与外管10’外部的引线器70，超声波换能器的引线从该引线器70引出至外管10’外部的驱动电源90’。在本实施例二中，支撑固定件60既可以单独起到支撑固定作用，也可以兼容引导引线作用。对于前者支撑固定件60与引线器是各自独立的部件(见图3);对于后者，至少有其中一个支撑固定件60和引线器70是同一部件(见图4)，此支撑固定件60采用管状结构，一端与外管10’的管壁固定连接，另一端与壳体30’的壳壁固定连接，使得引线50’可以从支撑固定件60穿过而被引出至外管10，外部的驱动电源90，。此外，本实施例的壳体30’呈纺锤形，即其第一端31’和第二端32’均呈锥状。当液体流经壳体30’时，壳体30’的前端尖角产生劈流作用，相当于文丘里管的收缩段，引导 过冷液体进入喉道，壳体30’的尾端尖角起到过渡作用，减少液流喘振。且本实施例壳体 30’中的超声波换能器40’的发射面对着壳体30’和外管10’的径向方向。本实用新型为了使过冷解除装置与系统的上下游装置对接，外管的第一出口和第二出口可以作成变径结构，例如缩径。以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
权利要求1.一种超声波过冷解除装置，包括用于输送过冷液体的外管和用于向该外管中的过冷液体施加超声波的超声波装置，该外管设有第一出口和第二出口，该外管包括第一端和第二端，其特征在于所述超声波装置设置在所述外管中，其包括固设于所述外管中且内设有空腔的壳体和设置在该壳体中的若干超声波换能器，该壳体包括第一端和第二端，该壳体的外壁面与所述外管的内壁面之间设有支撑固定件；所述外管的第一出口和第二出口分别设置在所述外管的两端。
2.根据权利要求I所述的超声波过冷解除装置，其特征在于所述外管上设有连通所述壳体内部与所述外管外部的引线器，所述超声波换能器的引线从该引线器引出至所述外管外部。
3.根据权利要求I所述的超声波过冷解除装置，其特征在于至少一所述支撑固定件呈管状，其一端与所述外管的管壁固定连接，另一端与所述壳体的壳壁固定连接，所述超声波换能器的引线从所述支撑固定件引出至所述外管外部。
4.根据权利要求I至3任一所述的超声波过冷解除装置，其特征在于所述壳体呈纺锤形，其第一端和第二端均呈锥状。
专利摘要本实用新型涉及过冷水制冰技术，具体是一种超声波过冷解除装置。该装置包括用于输送过冷液体的外管和用于向该外管中的过冷液体施加超声波的超声波装置，该外管设有第一出口和第二出口，该外管包括第一端和第二端，其特征在于所述超声波装置设置在所述外管中，其包括固设于所述外管中且内设有空腔的壳体和设置在该壳体中的若干超声波换能器，该壳体包括第一端和第二端；所述外管的第一出口和第二出口分别设置在所述外管的两端。本实用新型与现有的超声波过冷解除装置相比，解除过冷更加充分，能耗更加小，具有更高的解除过冷效效果。
文档编号F25C1/00GK202470561SQ20122002860
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月21日 优先权日2012年1月21日
发明者江卫红 申请人:江卫红