一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置的制作方法

本发明涉及制冷及储能技术领域，更具体地，涉及一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置。

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。

在夏季炎热地区，供冷需求非常大，而冰蓄冷作为一种技术日趋成熟的新型集中式供冷技术，以其灵活的运行方式将成为未来一种潜在的重要供冷方式。冰浆是一种由直径小于10微米的冰晶、水、少量无机盐组成的冰水混合物，与固态冰蓄冷相比，具有可流动性、高储能密度等特点，可通过供冷管道直接泵送至冷用户端。尽管冰浆蓄冷具有诸多优点，在实际应用中存在制冰系统能效低、储冰过程冰晶颗粒不易控制、冰浆输送管道易冰堵的技术缺陷。因此，冰浆制取装置的性能直接影响技术的应用效果及推广。

目前常见的的制取冰浆装置主要由传统蒸汽压缩式制冷装置提供冷量，完全依赖于电能，而小空间范围比如报亭、非机动三轮车等的制冷，还未得到人们的重视。小空间的制冷效率往往不高，且电费较高，十分不经济节约。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置，解决了现有技术中小空间的制冷效率往往不高，且电费较高、经济效益低的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置，包括太阳能吸附式制冷系统、制取冰浆系统和蓄热水箱；

所述太阳能吸附式制冷系统包括太阳能集热器、太阳能吸附床、制冷器和蒸发器；所述太阳能吸附床内设有活性炭吸附剂和氯化钙和甲醇制冷剂；所述太阳能集热板连接所述太阳能吸附床，所述太阳能吸附床连接所述制冷器，所述制冷器通过连接换热管道连接所述太阳能吸附床；所述换热管道上设有蒸发器，所述蒸发器上设有低温低湿空气出口和低湿空气进口；

所述制取冰浆装置包括制浆室和储冰箱，所述制浆室顶部设有喷嘴，所述储冰箱的进水口连接所述制浆室底部，所述储冰箱的出水口连接所述喷嘴；所述喷嘴下方设有过冷解除装置，所述制浆室上还设有低温低湿空气进口和水蒸气出口；所述水蒸气出口通过一除湿器后连接所述低湿空气进口，所述低温低湿空气进口连接所述低温低湿空气出口；

所述蓄热水箱连接所述太阳能吸附床和所述除湿器。

作为优选的，所述除湿器吸收真空室内的水蒸气，使真空室内保持低于饱和水蒸气压力以下，水降温后达到过冷状态，通过过冷解除装置生成冰浆，由于过冷度较低，因此不会发生冰堵现象。

作为优选的，所述太阳能集热板和所述太阳能吸附床与水平方向倾角为30°-60°。

作为优选的，所述蓄热水箱与所述太阳能吸附床间的连接管道上设有第一阀门；所述蓄热水箱与所述除湿器间的连接管道上设有热水泵和第二阀门。

作为优选的，储冰箱与制浆室底部的连接管道上设有第三阀门，所述储冰箱与所述喷嘴的连接管道上设有第四阀门、冰晶过滤器和真空计。

作为优选的，所述制冷器与所述蒸发器之间的换热管道上设有膨胀阀。

作为优选的，所述制冷器包括冷却水通道、制冷剂进口和制冷剂出口，所述制冷剂进口连接所述太阳能吸附床，所述制冷剂出口连接所述换热管道。

作为优选的，所述水蒸气出口与所述低湿空气进口间的连接管道上设有第一泵；所述低温低湿空气出口与所述低温低湿空气进口间的连接管道上设有第二泵。

本发明提出一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置，制冷以及除湿需要的热量全部由可再生能源太阳能提供，而吸附制冷时产生的热量可以通过除湿器吸热及时带走，大大提高系统能效；太阳能集热器与太阳能吸附床白天工作，进行解吸过程，并不制冷；而夜晚吸附床温度降低，制冷剂被吸附，蒸发过程伴随制冷，同时生成冰浆这一能量密度较大的蓄冷材料；次日白天可以将前晚生成的冰浆用于消防、冷藏等场合，与解吸过程同时进行，该装置始终保持工作状态。

附图说明

图1为根据本发明实施例的太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置示意图。

附图标记：

冰晶过滤器-1；真空计-2；第一泵-3；除湿器-4；热水泵-5；蓄热水箱-6；第一阀门-7；太阳能集热器-8；太阳能吸附床-9；冷却水通道-10；制冷剂进口-11；制冷剂出口-12；膨胀阀-13；蒸发器-14；第二泵-15；第二阀门-16；低温低湿空气进口-17；喷嘴-18；过冷解除装置-19；第三阀门-20；水蒸气出口-21；储冰箱-22；第四阀门-23。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

冰浆作为一种新型蓄冷介质，具有换热系数高、冷却速率高、可泵送和可流动的优点，已被广泛的应用到各个领域中。冰浆的作用主要是充当载冷剂，对食品、建筑物等进行冷却降温，冰浆制取技术也成为冰浆课题研究中的关键部分。

所谓冰浆指含有大量悬浮冰粒子的固液两相溶液,也称“流体冰”,“二元冰”或“可泵冰”。其中的冰粒子平均尺寸不超过1mm,溶液中通常加入醇类或盐类抑制剂以降低凝固点。过冷水法冰浆的发生过程和冷却换热过程分离,冷媒和过冷水间的热阻较小,制冷机可以有较高的蒸发温度从而提高其能源利用效率。冰浆的制取与存储过程分开,故可根据建筑物的结构采用模块化和分离式的储冰槽设计。结合超低温送风系统,冰浆可以快速释冷,保持低的出水温度和送风温度,降低空调区相对湿度,达到节能和高舒适度的效果。

尽管冰浆蓄冷具有诸多优点，在实际应用中存在制冰系统能效低、储冰过程冰晶颗粒不易控制、输送冰浆管道易冰堵的技术缺陷。因此，冰浆制取装置的性能直接影响技术的应用效果及推广。炎热地区的太阳能资源极其丰富，若能将其用于冰浆蓄冷，具有双重意义，既缓解了由于空调负荷过高导致的电网运行压力，又提高了太阳能利用率。因此，本实施例中，提出利用太阳能驱动的蒸发式过冷制取冰浆装置。

如图1所示，本实施例中提出了一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置，包括太阳能吸附式制冷系统、制取冰浆系统和蓄热水箱6；

所述太阳能吸附式制冷系统包括太阳能集热器8、太阳能吸附床9、制冷器和蒸发器14；所述太阳能吸附床9内设有活性炭吸附剂和氯化钙和甲醇制冷剂；活性炭-甲醇工质对蒸发温度可以达到水的冰点以下，加入一定量的氯化钙增大吸附量和吸附速度，所述太阳能集热板连接所述太阳能吸附床9，所述太阳能吸附床9连接所述制冷器，所述制冷器通过连接换热管道连接所述太阳能吸附床9；所述换热管道上设有蒸发器14，所述蒸发器14上设有低温低湿空气出口和低湿空气进口；

所述制取冰浆装置包括制浆室和储冰箱22，所述制浆室顶部设有喷嘴18，所述储冰箱22的进水口连接所述制浆室底部，所述储冰箱22的出水口连接所述喷嘴18；所述喷嘴18下方设有过冷解除装置19，所述制浆室上还设有低温低湿空气进口17和水蒸气出口21；所述水蒸气出口21通过一除湿器4后连接所述低湿空气进口，所述低温低湿空气进口17连接所述低温低湿空气出口；，所述喷嘴18将低温载冷剂射入冰浆制取的装置中，直接冷却水溶液从而生成冰浆，提高了换热系数。与间接式制冰相比，直接接触不存在冰层堆积的问题，因此不需额外除冰等措施。

所述蓄热水箱6连接所述太阳能吸附床9和所述除湿器4。

在本实施例中，将太阳能吸附制冷与冰浆制作装置结合起来。太阳能是一种已得到较广泛应用的可再生能源，除了受天气状况影响较大外，受其他因素比如地域、季节等的影响较小，在夏季更是十分充足，较易收集。利用丰富易取的太阳能进行吸附式制冷。冰浆可做蓄冷材料使用，且融化时可释放较高的相变潜热，可短时内进行制冷。如此，白天脱附，晚上吸附，这样白天太阳能在吸附系统中蓄存，夜晚时间可利用白天所蓄太阳能制冷，由于冰浆可蓄冷，若太阳能十分充足还可供次日白天制冷利用，如此反复。十分适用于非机动三轮车、报亭等小空间场所。

太阳能集热器8与太阳能吸附床9白天工作，进行解吸过程，并不制冷；而夜晚吸附床温度降低，制冷剂被吸附，蒸发过程伴随制冷，同时生成冰浆这一能量密度较大的蓄冷材料；次日白天可以将前晚生成的冰浆用于消防、冷藏等场合，与解吸过程同时进行，始终保持工作状态。整个装置的制冷以及除湿需要的热量全部由可再生能源太阳能提供，而吸附制冷时产生的热量可以通过除湿器4吸热及时带走，大大提高系统能效。太阳能吸附床9内填充活性炭固体吸附剂，并且加入一定量的氯化钙增大吸附量和吸附速度，制冷剂为甲醇制冷剂，活性炭-甲醇工质对蒸发温度可以达到水的冰点以下。

除湿器4的作用是吸收真空室内的水蒸气，使真空室内保持低于饱和水蒸气压力以下，水降温后达到过冷状态，通过过冷接触装置生成冰浆，由于过冷度较低，因此不会发生冰堵现象。

在上述实施例的基础上，所述蒸发器14为管壳式换热器。在本实施例中，蒸发器14内的空气能够充分与换热管道进行换热，从而使空气温度降至冰点以下，成为低温空气；再进入除湿器4变为低温低湿空气。

在上述实施例的基础上，所述太阳能集热板和所述太阳能吸附床9与水平方向倾角为30°-60°。太阳能集热器8和太阳能吸附床9与水平方向倾角在30°～60°之间，具体倾角大小根据当地纬度确定，以保证最大程度的吸收太阳能。夏季太阳能十分充足，太阳照射方向与地面夹角较大，集热效率大，吸附式制冷效率较高。且太阳能为可再生资源，可在夏季用电高峰期减少制冷耗能占总电能的比例，节能环保。

在上述实施例的基础上，所述蓄热水箱6与所述太阳能吸附床9间的连接管道上设有第一阀门7；所述蓄热水箱6与所述除湿器4间的连接管道上设有热水泵5和第二阀门16。蓄热水箱6与太阳能吸附床9相连，白天脱附过程中多余的热量可送至蓄热水箱6供热水使用；夜晚吸附过程中，沸石吸收水分产生吸附热，影响进一步吸附，此时开启热水阀，水从蓄热水箱6流入太阳能吸附床9带走热量，吸收吸附过程中产生的吸附热，降低吸附温度。

在上述实施例的基础上，储冰箱22与制浆室底部的连接管道上设有第三阀门20，所述储冰箱22与所述喷嘴18的连接管道上设有第四阀门23、冰晶过滤器1和真空计2。

在上述实施例的基础上，所述制冷器与所述蒸发器14之间的换热管道上设有膨胀阀13。

在上述实施例的基础上，所述制冷器包括冷却水通道10、制冷剂进口11和制冷剂出口12，所述制冷剂进口11连接所述太阳能吸附床9，所述制冷剂出口12连接所述换热管道。

在本实施例中，不能直接与水接触制取冰浆，因此通过制冷剂冷却不溶水的载冷剂，在本实施例中，通过低温低湿空气作为载冷剂进行换热，再将被冷却的低温载冷剂直接喷入冰浆发生器与水接触，使水降温至冰点形成冰浆；冰浆输送至蓄冰箱，不溶水的载冷剂在底部与水分离，重新输送至蒸发器14套管中被冷却。如此反复，冰浆蓄冷技术可缓解用电高峰电力不足局面。

所述低温载冷剂输送至接中，方式为通过喷嘴18喷入冰浆发生室，低温载冷剂与水直接接触，水被冷却至冰点形成冰浆，冰浆与低温载冷剂由于不可相溶而分层，冰浆流入蓄冰箱，低温载冷剂以水蒸气的形式重新被送回蒸发器14中再次循环。

在上述实施例的基础上，所述水蒸气出口21与所述低湿空气进口间的连接管道上设有第一泵3；所述低温低湿空气出口与所述低温低湿空气进口17间的连接管道上设有第二泵15。

综上所述，本发明提出一种太阳能驱动蒸发的过冷法制取冰浆装置，制冷以及除湿需要的热量全部由可再生能源太阳能提供，而吸附制冷时产生的热量可以通过除湿器吸热及时带走，大大提高系统能效；太阳能集热器与太阳能吸附床白天工作，进行解吸过程，并不制冷；而夜晚吸附床温度降低，制冷剂被吸附，蒸发过程伴随制冷，同时生成冰浆这一能量密度较大的蓄冷材料；次日白天可以将前晚生成的冰浆用于消防、冷藏等场合，与解吸过程同时进行，该装置始终保持工作状态。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。