流态冰蒸发器及使用该流态冰蒸发器的空调系统的制作方法

本实用新型涉及一种新型供能系统，特别是涉及一种流态冰蒸发器及使用该流态冰蒸发器的空调系统。

背景技术：

能源和环境是当今人类面临的两大问题。目前，化石燃料是人类生产.生活的主要能源。随着全球能源使用量的增长，及不科学使用，化石燃料等不可再生能源将日益枯竭，并对环境产生严重影响。我国正遭遇经济高速发展带来的后遗症，环境污染，主要包括大气污染、水污染与土壤污染三方面。近年，随着PM2.5与雾霾逐渐受到重视，大气污染成为国人关注焦点。在我国北方地区正在进行一场无煤化的革命

热泵作为一种清洁的可再生能源技术，在供暖行业中有着举足轻重的作用，而传统热泵技术有其各自的局限性：

空气能(源)热泵受空气温度影响较大，我国南方地区应用较为普遍。但受结霜问题困扰。北方应用能效较低。

本技术利用水的凝固热取热，将是水显热的80倍，这将克服以上热泵系统缺点，实现热泵系统革命性进步。

中国专利CN1731048A(申请号为200510044164.5)公开了一种制造流态冰的制冷换热器，该制造流态冰的制冷换热器存在以下缺点：

1、传动机构过于复杂，传动效率更低；

2、冰浆的混合溶液在出口处容易形成冰堵；

3、制冷剂在壳体内分布不均匀，造成局部过冷或结冰现象严重，使流态冰不稳定，析冰不均匀。

4、搅拌棒下端没有带止推限位装置，会使搅拌棒横向摆动对列管壁造成损伤。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有流态冰制冷换热器的缺点，而提供一种流态冰蒸发器及使用该流态冰蒸发器的空调系统，本实用新型可以利用江河湖海的水源，利用有以冰水混合物的形式排放，极大的减少热泵用水量，本技术是热泵系统的革命。

本实用新型流态冰蒸发器所采用的是过冷技术，将一定浓度的溶液，冷却到一定过冷度的温度，利用盐溶液的析冰现象，在溶液中形成冰晶，下面介绍一下析冰现象的原理。

如图1所示，它是溶液浓度相平衡图，在图中横坐标表示溶液浓度，纵坐标表示温度，WE为析冰线，EG为析盐线，E点为共晶点。

1、析冰线、析盐线上部是溶液区；TE线与析冰线之间区域为冰+溶液共存区；TE线与析盐线之间的区域为溶质+饱和溶液共存区；析冰线与析盐线上部为溶液区；TE线下部为冰+溶质的固体共存区。

2、每种浓度的溶液都对应一个冰晶(水冰)析出温度，当溶液温度降至析冰温度时就可以连续析出冰晶。

3、溶液析出冰晶时放出热量，使溶液温度微量增加，溶液温度也微量上升，这种析出冰晶过程中溶液的特殊性就使溶液在冰晶析出过程中不易粘结在制冰管道上。

4、流态冰机组可用溶液为盐类(海水、NaCl盐溶液等)、醇类(甲醇、乙醇、丙三醇、丙二醇、乙二醇溶液等)

根据乙二醇的性质，本技术采用乙二醇作为载冷剂，此时整个循环的乙二醇溶液为固液混合状态，当混合溶液流经体积较大的蓄能池时，溶液中的冰晶自然上浮，达到冰晶与乙二醇溶液分离的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型流态冰蒸发器所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种流态冰蒸发器，其中：所述流态冰蒸发器，它包括：蒸发器外壳、电机、传动装置、上隔板、下隔板、折流板和顶支撑板，在蒸发器外壳的顶部装有电机，在蒸发器外壳内的上部从上到下依次装有顶支撑板和上隔板，顶支撑板和上隔板之间的空间为流态冰汇腔，在蒸发器外壳内的下部装有下隔板，下隔板与蒸发器外壳下部所隔成的空间为液态载冷剂腔，在沿着蒸发器外壳的高度方向的上隔板和下隔板之间装有若干个折流板，在上隔板和下隔板之间的蒸发器外壳空间内布置有若干根列管，列管从上到下依次穿过上隔板、若干个折流板和下隔板，它们的上端与流态冰汇腔相通，下端与液态载冷剂腔相通，在每根列管内装有螺旋搅拌轴，螺旋搅拌轴的上端穿过顶支撑板并通过传动装置由电机带动，螺旋搅拌轴下端被支撑在蒸发器外壳的下端，在液态载冷剂腔的蒸发器外壳上开有液态载冷剂入口，在流态冰汇腔的蒸发器外壳上开有流态冰混合溶液出口，在最下端的折流板与下隔板之间的蒸发器外壳上开有液态制冷剂入口，在上隔板与最上端的折流板之间的蒸发器外壳上开有气态制冷剂出口，液态制冷剂在蒸发器外壳内呈之字形流动，其中：在蒸发器外壳内的每个折流板的一半的区域内上开有若干个折流孔，相邻的折流板的开孔区域开在与之相邻的折流板的另一半区域内，螺旋搅拌轴与列管管壁之间的间隙为5-10cm，螺旋搅拌轴的转速为500转/分钟至600转/分钟，螺旋搅拌轴为螺旋杆，该螺旋杆的螺旋升角40-50°，该螺旋杆的头数为6-10；

本实用新型的一种流态冰蒸发器，其中：所述流态冰混合溶液出口伸入流态冰汇腔内，并通过防冰堵喇叭口与流态冰汇腔相通，防冰堵喇叭口的夹角为20°-30°；

本实用新型的一种流态冰蒸发器，其中：所述的传动装置包括：主动轮、从动轮、传动轮和若干个搅拌齿轮，在每个螺旋搅拌轴上端装有一个搅拌齿轮，电机带动主动轮旋转，主动轮与从动轮啮合，从动轮和传动轮装在同一转轴上，传动轮与装在蒸发器外壳中心的搅拌齿轮啮合，上述搅拌齿轮与其相邻的搅拌齿轮啮合，以此类推，传动轮带动所有蒸发器外壳内的搅拌齿轮旋转；

本实用新型的一种流态冰蒸发器，其中：所述折流板沿着蒸发器外壳的高度方向均匀分布，其个数为5-20个；

本实用新型的一种流态冰蒸发器，其中：所述螺旋搅拌轴的底端通过搅拌器止推限位器装在蒸发器外壳的下端，所述列管在蒸发器外壳空间内均匀分布；

使用本实用新型的一种流态冰蒸发器的空调系统，其中：该流态冰蒸发器应用在空调系统中，该空调系统包括：用户端循环回路、制冷剂循环回路、外端水循环回路、第一二位四通阀组件和第二二位四通阀组件，第一二位四通阀组件和第二二位四通阀组件包括：四个二通阀，其中二组二通阀并联在一起，每组二通阀由二个二通阀串联在一起，每组二通阀的两个二通阀之间分别为d端和c端，二组二通阀的两端分别为a端和b端，外端循环包括：由冷凝器的一侧、位于第一二位四通阀组件的d端和第一二位四通阀组件的a端之间的二通阀、江河湖海段、第二泵和位于第二二位四通阀组件的a端和第二二位四通阀组件的d端之间的二通阀依次串接组成的水循环；制冷剂循环回路包括：由流态冰蒸发器的一侧、压缩机、冷凝器的另一侧和膨胀阀依次串接组成的制冷剂循环回路；冷凝器的一侧与冷凝器的另一侧在冷凝器内相互耦合，用户端循环回路包括：流态冰蒸发器的另一侧、位于第一二位四通阀组件的c端和第一二位四通阀组件的b端之间的二通阀、第一泵、用户端和位于第二二位四通阀组件的b端和第二二位四通阀组件的c端之间的二通阀依次串接组成的用户端循环回路，流态冰蒸发器的一侧与流态冰蒸发器的另一侧在流态冰蒸发器内相互耦合；

使用本实用新型的一种流态冰蒸发器的空调系统，其中：在江河湖海段的两端还并联有冷却塔，在冷却塔的两端分别装有第一二通阀和第二二通阀；

使用本实用新型的一种流态冰蒸发器的空调系统，其中所述用户端循环回路内流动的溶液为海水、NaCl盐溶液、甲醇、乙醇、丙三醇、丙二醇或乙二醇溶液，上述溶液的冰点小于0℃；

使用本实用新型的一种流态冰蒸发器的空调系统，其中：所述江河湖海段是取自江、河、湖或海中的水。

采用上述技术方案后，本实用新型流态冰蒸发器，具有如下优点：

1、先进的传动机构，避繁就简，传动效率更高。

2、含冰浆的混合溶液在有喇叭口形状的出口不容易形成冰堵。

3、采用孔板形式的折流板既保证了过流面积，又使制冷剂均匀分布在管束周围，避免了局部过冷结冰严重等现象的出现，使流态更加稳定，析冰均匀稳定。

4、搅拌棒下端带止推限位装置，有效避免因搅拌棒横向摆动对列管壁造成损伤。

下面结合附图对本实用新型的流态冰蒸发器和使用该流态冰蒸发器的空调系统做进一步说明。

附图说明

图1为溶液浓度相平衡图；

图2为流态冰蒸发器的剖面示意图；

图3为图2A-A处的剖面示意图；

图4为图2中螺旋搅拌轴的发大示意图；

图5为使用该流态冰蒸发器的空调系统的示意图；

图6为图4空调在冬天供暖时的示意图；

图7为图4空调在夏天供冷时的示意图。

在图2、图3和图4中，标号1为流态冰混合溶液出口；标号2为防冰堵喇叭口；标号3为电机；标号4为传动装置；标号5为螺旋搅拌轴；标号6为蒸发器外壳；标号7为顶支撑板；标号8为流态冰汇腔；标号9为上隔板；标号10为列管；标号11为折流板；标号12为折流孔；标号13为液态制冷剂入口；标号14为下隔板；标号15为搅拌器止推限位器；标号16为液态载冷剂入口；标号17为液态载冷剂腔；标号18为气态制冷剂出口；标号19为主动轮；标号20为搅拌齿轮；标号21为传动轮；标号22为从动轮；

在图4至图6中，标号101为用户端循环回路；标号102为制冷剂循环回路；标号103为外端水循环回路；标号104为江河湖海段；标号105A为第一二通阀；标号105B为第二二通阀；标号106为第一泵；标号107为用户端；标号108为第二泵；标号109为冷却塔；标号110为压缩机；标号111为冷凝器；标号112为流态冰蒸发器；标号113为膨胀阀；标号114为第一二位四通阀组件；标号115为第二二位四通阀组件。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型流态冰蒸发器112包括：蒸发器外壳6、电机3、传动装置4、上隔板9、下隔板14、折流板11和顶支撑板7，在蒸发器外壳6的顶部装有电机3，在蒸发器外壳6内的上部从上到下依次装有顶支撑板7和上隔板9，顶支撑板7和上隔板9之间的空间为流态冰汇腔8，在蒸发器外壳6内的下部装有下隔板14，下隔板14与蒸发器外壳6下部所隔成的空间为液态载冷剂腔17，在沿着蒸发器外壳6的高度方向的上隔板9和下隔板14之间装有若干个折流板11，在上隔板9和下隔板14之间的蒸发器外壳6空间内布置有若干根列管10，列管10从上到下依次穿过上隔板9、若干个折流板11和下隔板14，它们的上端与流态冰汇腔8相通，流态冰混合溶液出口1伸入流态冰汇腔8内，并通过防冰堵喇叭口2与流态冰汇腔8相通，防冰堵喇叭口2的夹角为20°-30°。下端与液态载冷剂腔17相通，在每根列管10内装有螺旋搅拌轴5，螺旋搅拌轴5的上端穿过顶支撑板7并通过传动装置4由电机3带动，螺旋搅拌轴5的下端被支撑在蒸发器外壳6的下端，在液态载冷剂腔17的蒸发器外壳6上开有液态载冷剂入口16，在流态冰汇腔8的蒸发器外壳6上开有流态冰混合溶液出口1，在最下端的折流板11与下隔板14之间的蒸发器外壳6上开有液态制冷剂入口13，在上隔板9与最上端的折流板11之间的蒸发器外壳6上开有气态制冷剂出口18，在蒸发器外壳6内的每个折流板11的一半的区域内上开有若干个折流孔12，相邻的折流板11的开孔区域开在与之相邻的折流板11的另一半区域内，液态制冷剂在蒸发器外壳6内呈之字形流动。折流板11沿着蒸发器外壳6的高度方向均匀分布，其个数为5-20个，螺旋搅拌轴5的底端通过搅拌器止推限位器15装在蒸发器外壳6的下端，列管10在蒸发器外壳6空间内均匀分布。

如图2、3和图4所示，传动装置4包括：主动轮19、从动轮22、传动轮21和若干个搅拌齿轮20，在每个螺旋搅拌轴5上端装有一个搅拌齿轮20，电机3带动主动轮19旋转，主动轮19与从动轮22啮合，从动轮22和传动轮21装在同一转轴上，传动轮21与装在蒸发器外壳6中心的搅拌齿轮20啮合，上述搅拌齿轮20与其相邻的搅拌齿轮20啮合，以此类推，传动轮21带动所有蒸发器外壳6内的搅拌齿轮20旋转，螺旋搅拌轴5与列管10管壁之间的间隙为5-10cm，螺旋搅拌轴10的转速为500转/分钟至600转/分钟，螺旋搅拌轴10为螺旋杆，该螺旋杆的螺旋升角40-50°，该螺旋杆的头数为6-10。

制成冰浆原理：控制制冷剂的流量和蒸发温度，使制冷剂在流态冰蒸发器112内，在-3℃左右的温度下蒸发，随着管程里的溶液的传热，列管10表面内析出冰晶。搅动棒有两个作用，一是在旋转过程中产生离心力，冲刷列管10表面，将蒸发器列管10表面的冰晶冲刷下来；第二个是搅动棒为螺杆状，它除了离心力以外，还有向上的推力，在离心冲刷后，尽快将混合溶液提升至流态冰汇腔8内，避免在列管10内表面凝结聚集。

如图5所示，本实用新型的流态冰蒸发器112应用在空调系统中，该空调系统包括：用户端循环回路101、制冷剂循环回路102、外端水循环回路103、第一二位四通阀组件114和第二二位四通阀组件115，第一二位四通阀组件114和第二二位四通阀组件115包括：四个二通阀，其中二组二通阀并联在一起，每组二通阀由二个二通阀串联在一起，每组二通阀的两个二通阀之间分别为d端和c端，二组二通阀的两端分别为a端和b端，外端水循环回路103包括：由冷凝器111的一侧、位于第一二位四通阀组件114的d端和第一二位四通阀组件114的a端之间的二通阀、江河湖海段104、第二泵108和位于第二二位四通阀组件115的a端和第二二位四通阀组件115的d端之间的二通阀依次组成的外端水循环回路，在江河湖海段104的两端还并联有冷却塔109，在冷却塔109的两端分别装有二通阀105；制冷剂循环回路115包括：由流态冰蒸发器112的一侧、压缩机110、冷凝器111的另一侧和膨胀阀113依次组成的制冷剂循环回路；冷凝器111的一侧与冷凝器111的另一侧在冷凝器111内相互耦合，用户端循环回路101包括：流态冰蒸发器112的另一侧、位于第一二位四通阀组件114的c端和第一二位四通阀组件114的b端之间的二通阀、第一泵106、用户端107和位于第二二位四通阀组件115的b端和第二二位四通阀组件115的c端之间的二通阀依次组成的用户端循环回路，流态冰蒸发器112的一侧与流态冰蒸发器112的另一侧在流态冰蒸发器112内相互耦合。

用户端循环回路101内流动的溶液为海水、NaCl盐溶液、甲醇、乙醇、丙三醇、丙二醇或乙二醇溶液，上述溶液的冰点小于0℃。江河湖海段104是取自江、河、湖或海中的水。

在冬季，在本实用新型的空调系统中，冷却塔109不工作，空调系统简化为如6所示的示意图，用户端循环回路101包括：冷凝器111的一侧、位于第一二位四通阀组件114的d端和第一二位四通阀组件114的b端之间的二通阀、第一泵106、用户端107和位于第二二位四通阀组件115的b端和第二二位四通阀组件115的d端之间的二通阀依次组成的用户端循环回路；外端水循环回路103包括：由流态冰蒸发器112的另一侧、位于第一二位四通阀组件114的c端和第一二位四通阀组件114的a端之间的二通阀、江河湖海段104、第二泵108和位于第二二位四通阀组件115的a端和第二二位四通阀组件115的c端之间的二通阀依次组成的外端水循环回路。通过第二泵108将江河湖海里的含杂质的流体送至流态冰蒸发器112的另一侧，该蒸发器是经过特殊设计的，能够在经流态冰蒸发器112的一侧取热后，在流态冰蒸发器112的另一侧形成冰晶与溶液的混合流体，该流体经管道可以直接排放或者进入江河湖海段104。冷凝器111的一侧，用户端107流回的低温水加热至要求的供热温度，再利用第一泵106送至用户端107，实现供热循环。

在夏季，空调系统简化为如7所示的示意图，用户端循环回路101包括：流态冰蒸发器112的另一侧、位于第一二位四通阀组件114的c端和第一二位四通阀组件114的b端之间的二通阀、第一泵106、用户端107和位于第二二位四通阀组件115的b端和第二二位四通阀组件115的c端之间的二通阀依次组成的用户端循环回路；外端水循环回路103包括：由冷凝器111的一侧、位于第一二位四通阀组件114的d端和第一二位四通阀组件114的a端之间的二通阀、江河湖海段104、第二泵108和位于第二二位四通阀组件115的a端和第二二位四通阀组件115的d端之间的二通阀依次组成的外端水循环回路，在江河湖海段104的两端还并联有冷却塔109，在冷却塔109的两端分别装有二通阀105。江河湖海段104的流体通过第二泵108送至冷凝器111的一侧，在的冷凝器111一侧吸热后再通过管道排至江河湖海，如果江河湖海等热源水量不够时，可以启用冷却塔109散热。在流态冰热泵112的蒸发器另一侧，将用户端107流回的热水冷却至要求的供冷温度，再通过第一泵106送至用户端107实现制冷循环。

上述图6和图7的变形均是通过第一二位四通阀组件114和第二二位四通阀组件115中的二通阀的开关来完成的。图6和图7是从图5简化而来的。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。