一种过冷水动态冰浆制造系统的制作方法

本实用新型涉及一种过冷水式制冰系统，具体涉及一种过冷水动态冰浆制造系统。

背景技术：

在许多工业领域中，如乳品、疫苗、冷鲜食品等的生产加工，需要维持在4℃的温度环境。作为冷源，则往往要求至少低至2℃以下。出于安全卫生等原因，冷源侧的传热介质一般要求使用清水，即使设备产生不可预知的泄漏也不至于在货物中造成有毒有害污染。因为低于0℃水会发生冻结，因此要求把作为冷源的低温清水的温度控制在0-2℃。普通制冷系统一般只能制取4℃或至多不低于3℃的清水冷冻水，如果温度往下调，则存在蒸发器局部冻结从而损坏换热器的风险，因此很难满足上述工艺冷源的温度要求。

目前比较传统的解决方案是采用外融冰静态冰蓄冷系统。在制冷主机空闲的时候开启制冰，把蓄冰槽内的水冻结成冰块，在需要供冷时，则从槽内取出低温冰水供向使用侧，放冷之后的温水则又回到蓄冰槽。但是，这种外融冰冰蓄冷供冷方案的缺点也是非常明显的。首先，通过冰盘管制取的冰块是实心冰块，融冰放冷时其融化速度十分缓慢，因而随着蓄冰槽放冷运行的进行，出水温度很快就会超过预期的2℃，从而影响供冷品质；其次，这种传统的换热盘管制冰方法所匹配的制冷主机的能效比衰减严重，系统运行能耗非常高。

随着技术的发展，过冷水式动态冰浆制取技术逐渐成熟，并已经开始逐步应用于上述工业领域中作为一种更先进的0-2℃冷源解决方案。该技术采用一种先制取过冷水(低于0℃的水)，然后再把过冷水异地转变为冰浆的先进节能制冰工艺。该工艺无论在传热系数、运行能耗或是制冰速度等方面都明显优于传统的静态盘管冰技术。同时，储存在蓄冰槽内的冰浆由于是由细小颗粒组成的多孔介质状冰，在放冷过程中其与温水之间的混和融冰放冷速度大幅提高，回槽温水的温度可以被迅速降低到接近0℃的品位，因而冰槽出水温度可以长时间稳定提供0-2℃的低温清水，确保工艺冷源的品质不下降。

应用于实际工程中的过冷水动态冰浆系统一般都采用制冷主机作为冷源，制冷主机与过冷水换热器之间采用乙二醇水溶液作为中间换热介质进行间接换热制取过冷水。这种技术方式的优点是可以直接利用各大厂商生产的标准型号制冷主机匹配制冰，而不需要对其进行任何设备或系统改造。但其缺点是所增加的乙二醇水溶液中间换热循环不但使得制冷主机的蒸发温度仍旧偏低，大约为-5℃(从而制冷主机在制冰运行时的能效比也较低)，而且还增加了乙二醇循环水泵(从而增加水泵能耗)。

因此，上述过冷水动态冰浆制取技术虽然已经克服了传统制冰技术在前述0-2℃清水冷源解决方案中所存在的许多关键难题，但仍存在较大的技术提升空间，尤其是能效方面。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种过冷水动态冰浆制造系统。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种过冷水动态冰浆制造系统，包括压缩机、冷凝器、节流阀、过冷水板式换热器、促晶器、蓄冰槽以及水泵，压缩机、冷凝器的热侧通道、节流阀和过冷水板式换热器的冷侧通道首尾依次连接形成制冷系统，过冷水板式换热器热侧通道入口通过进水管道与水泵出水口连接，过冷水板式换热器热侧通道出口通过输送管道与促晶器输入口连接，蓄冰槽与促晶器输出口相连接，水泵进水口通过进水管道与蓄冰槽连接。

优选的，还包括防堵循环回路，防堵循环回路包括预热器，预热器的冷侧通道入口与进水管道连通，预热器的冷侧通道出口与进水管道连通，预热器的热侧通道入口与冷凝器的热侧通道连通，预热器的热侧通道出口与节流阀连接。

优选的，还包括比例调节阀，比例调节阀设置在预热器的冷侧通道出口上。

优选的，还设置有冰晶过滤器，冰晶过滤器设置在进水管道上，冰晶过滤器入口与水泵出水口连接，冰晶过滤器出口与过冷水板式换热器热侧通道入口连接。

优选的，还设置有冰晶隔断回路，冰晶隔断回路包括换热器、换热介质冷却器、泵体、介质泵以及用于对输送管道加温的冰晶防传播器，冰晶防传播器套设于输送管道上，冰晶防传播器、泵体和换热器的冷侧通道首尾相连形成加温回路，换热介质冷却器通过介质输入管路和介质输出管路分别连接到冷凝器冷侧通道的入口和出口上，换热器的热侧通道入口与介质输出管路连通，换热器的热侧通道出口与介质输入管路连通，介质泵设置于介质输入管路上且位于换热器热侧通道出口与介质输入管路的连接处与冷凝器冷侧通道的入口之间。

优选的，所述冰晶防传播器包括外管以及内管，外管包围在内管外侧，外管与内管之间形成夹套层，夹套层入水口与换热器的冷侧通道出口相连，夹套层出水口与泵体入水口连接，所述内管套设于输送管道上。

优选的，所述换热介质冷却器为冷却水塔或风冷冷凝器。

优选的，制冷系统为氟利昂制冷系统。

优选的，还包括用于疏通过冷水板式换热器的热气旁通阀，热气旁通阀入口与节流阀的出口接通，热气旁通阀出口与压缩机出口接通。

优选的，进水管道与蓄冰槽底部连通，输送管道与蓄冰槽上部连通。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本实用新型可实现高效率动态冰浆制造，并且无需中间乙二醇换热循环，可以显著缩小氟利昂和过冷水之间的换热温差，从而把氟利昂蒸发温度提高到-3℃，制冷系统的能效比可以提高6-8％，此外，因为本实用新型不再使用乙二醇作为中间换热循环，因此，不需要使用使乙二醇作循环的循环水泵，减少了循环水泵的能耗，节约了成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一：

一种过冷水动态冰浆制造系统，包括压缩机1、冷凝器2、节流阀3、过冷水板式换热器4、促晶器5、蓄冰槽6以及水泵7，压缩机、冷凝器的热侧通道、节流阀和过冷水板式换热器的冷侧通道首尾依次连接形成制冷系统，过冷水板式换热器热侧通道入口通过进水管道与水泵出水口连接，过冷水板式换热器热侧通道出口通过输送管道与促晶器输入口连接，蓄冰槽与促晶器输出口相连接，水泵进水口通过进水管道与蓄冰槽连接。

优选的，还包括防堵循环回路，防堵循环回路包括预热器8，预热器的冷侧通道入口与进水管道连通，预热器的冷侧通道出口与进水管道连通，预热器的热侧通道入口与冷凝器的热侧通道连通，预热器的热侧通道出口与节流阀连接。

优选的，还包括比例调节阀9，比例调节阀设置在预热器的冷侧通道出口上。

优选的，还设置有冰晶过滤器10，冰晶过滤器设置在进水管道上，冰晶过滤器入口与水泵出水口连接，冰晶过滤器出口与过冷水板式换热器热侧通道入口连接。

优选的，还设置有冰晶隔断回路，冰晶隔断回路包括换热器11、换热介质冷却器12、泵体13、介质泵14以及用于对输送管道加温的冰晶防传播器15，冰晶防传播器套设于输送管道上，冰晶防传播器、泵体和换热器的冷侧通道首尾相连形成加温回路，换热介质冷却器通过介质输入管路和介质输出管路分别连接到冷凝器冷侧通道的入口和出口上，换热器的热侧通道入口与介质输出管路连通，换热器的热侧通道出口与介质输入管路连通，介质泵设置于介质输入管路上且位于换热器热侧通道出口与介质输入管路的连接处与冷凝器冷侧通道的入口之间。

优选的，所述冰晶防传播器包括外管以及内管，外管包围在内管外侧，外管与内管之间形成夹套层，夹套层入水口与换热器的冷侧通道出口相连，夹套层出水口与泵体入水口连接，所述内管套设于输送管道上。

优选的，所述换热介质冷却器为冷却水塔或风冷冷凝器。

优选的，所述制冷系统为氟利昂制冷系统。

优选的，还包括用于疏通过冷水板式换热器的热气旁通阀16，热气旁通阀入口与节流阀的出口接通，热气旁通阀出口与压缩机出口接通。

优选的，进水管道与蓄冰槽底部连通，输送管道与蓄冰槽上部连通。

本实用新型的工作过程及工作原理：氟利昂制冷系统制冷时，压缩机运行，把低温低压的氟利昂气体压缩成高温高压的氟利昂气，并输送至冷凝器中冷却成中温高压氟利昂液体，冷凝器的冷侧通道与冰晶隔断回路相连通，通过冰晶隔断回路中的换热介质循环流动把冷凝器中的氟利昂的热量带走。

氟利昂制冷系统中的中温高压液体氟利昂从冷凝器进入预热器，氟利昂在预热器中进一步冷却后输送至节流阀，在节流阀的作用下，中温高压的氟利昂液变为低温低压的氟利昂液，流入过冷水板式换热器的冷侧通道，并在其中以蒸发换热的方式与过冷水板式换热器热侧通道内的水进行热交换，蒸发换热之后的低温低压氟利昂气从过冷水板式换热器的冷侧通道的出口排出并回到压缩机中，并反复循环运行。

氟利昂制冷系统制冷过程中，水泵将蓄冰槽中接近0℃的水抽出并输送到冰晶过滤器中，通过冰晶过滤器过滤去除颗粒杂质和冰晶后，进入过冷水板式换热器的热侧通道并与过冷水板式换热器的冷侧通道中的氟利昂进行换热。水在过冷水板式换热器中被冷却成-2℃的过冷水后排出，随后经过冰晶过滤器后进入促晶器，在超声波的辐射下，-2℃的过冷水在促晶器中迅速转变为冰浆(微小的冰粒和水的混和物)，然后被输送至蓄冰槽中。由于冰粒和水存在明显的密度差，蓄冰槽中的冰浆自发分层，冰粒浮在上层，水沉到下层。因此，本实用新型将进水管道与蓄冰槽底部连通，输送管道与蓄冰槽上部连通，可使水泵抽出下层的水，能减少产生堵塞的情况发生，水泵抽出下层的水后循环上述过程制取冰浆。

由于水泵从蓄冰槽中抽出的水中可能含有通过物理过滤都难以消除的微小冰晶，这种冰晶需要通过把水温升高至0.5℃的方法才能融化消除，否则其进入过冷水板式换热器则必然诱发其中的过冷水结冰，从而堵塞过冷水板式换热器的热侧通道，为解决此问题，本实用新型在水泵的进水口和出水口的管路上引出防堵循环回路，防堵循环回路中设置有预热器和比例调节阀，预热器的热侧通道与氟利昂制冷系统连接，借助水泵的进水口和出水口的压力差，使得水泵出水口的水有一部分分流到防堵循环回路的预热器中，并在其中与氟利昂进行换热，使水温升高到高于0.5℃的某个较高温度后，再流进进水管道，与进水管道中从蓄冰槽中抽出的水汇流后进入水泵，在水泵进水口混合勾兑到目标预热温度0.5℃后再流入过冷水板式换热器中。

比例调节阀的作用是通过其开度大小的调节控制防堵循环回路流量，从而实现对水泵进水口中预热水温的精确控制。当预热水温低于0.5℃时，比例调节阀的开度增大，增强预热效果；当预热温度高于0.5℃时，比例调节阀的开度减小，减弱预热效果。

为了维持过冷水板式换热器中的过冷水的稳定连续制取过程，需要控制其中的氟利昂的蒸发温度在某个合理的范围内(比如-3℃)并且具有一定的稳定性。由于氟利昂的蒸发温度与其蒸发压力成一一对应关系，所以对蒸发温度的控制通过节流阀的节流压力调节来实现。

由于冰晶对过冷水具有天然良好的诱导结冰效应，为了防止下游管路中的冰晶诱导上游过冷水板式换热器中的过冷水结冰(从而导致过冷水板式换热器堵塞)，本实用新型在过冷水板式换热器的热侧通道出口和促晶器的输入口之间设置冰晶隔断回路，其中，冰晶隔断回路的冰晶防传播器套设于输送管道上，以阻断冰晶诱导效应的传播。

冰晶隔断回路通过泵体的驱动，水在换热器中与换热器热侧通道中的换热介质进行换热后，温度升高，然后进入冰晶防传播器的夹套层从而形成一冰晶防传播加热循环，冰晶隔断回路在运行过程中，对输送管道进行轻微加热，从而使输送管道内壁面的温度略微高于0℃，这样即使其中含有被下游冰晶诱导生成的冰晶，也会因为温度略微高于0℃而融化并且不能附着在输送管道内壁面上，加上输送管道内具有一定的流速，冰晶自下游向上游传播的路径由此被截断，从而起到了防止冰晶向上游传播的作用，避免过冷水板式换热器内的通道堵塞。

冰晶隔断回路通过水的循环在换热器中获取热量，并传递到冰晶防传播器中消耗掉，换热器的热侧通道入口与出口分别与冷凝器冷侧通道出口和入口连接，形成与冷凝器相连的换热介质循环回路的旁通支路，通过该旁通支路从换热介质循环回路中分流出部分具有较高温度的换热介质，并在换热器中把其热量传递给冰晶防传播器，换热介质可以是空气也可以是冷却水。换热器根据不同的换热介质选取匹配合适的换热器类型。

为提高本实用新型的安全运行性能，本实用新型还设置有当过冷水板式换热器的热侧通道在某些不可预知的因素下发生结冰堵塞后的解冻措施。当堵塞发生后，制冷系统的压缩机立即卸载负荷至额定制冷能力的50％以下，然后打开热气旁通阀，把压缩机出口的高温高压氟利昂气从热气旁通阀直接注入过冷水板式换热器的冷侧通道入口，用以加热并融化过冷水板式换热器热侧通道中冻结的冰，从而进行疏通，疏通之后，热气旁通阀关闭，压缩机的负荷恢复至额定制冷能力，恢复正常工作。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。