本实用新型涉及制冷空调与冷冻冷藏领域，具体涉及一种带有超声促晶装置的制冰系统。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，对食材，尤其是肉类、海鲜的要求越来越高，这就对制冷储存、冷库冷链行业提出了越来越高的要求。在海鲜、鱼类捕捞以及屠宰行业，为保证其新鲜程度，均需要大量的冰来提供一定的低温环境。而现有的制冰系统常采用直膨式制冷系统，系统组成包括制冷压缩机、空冷式冷凝器、热力膨胀阀、蒸发冷却冰槽搁板以及四通换向阀等主要部件组成。由于在制冰时，水最先注入制冷系统蒸发器冰槽搁板间，然后开启制冷系统，通过蒸发器提供冷量，将搁板间静止的水冻结成冰块。由于水具有大约15～20℃的初始温度，并且水、冰的导热系数都较低，这种从静止水中提取热量，使其冷却冷冻的方式，换热效率较低，需要耗费很长的时间将水完全冻结。考虑到由内向外传热时，依次为：搁板中盘管内为制冷剂沸腾换热、铝制搁板的导热、搁板外水或冰的导热，三种换热方式中，以水或冰的导热热阻最大。因此，为有效的提高制冰效率，节省更多的制冰时间，需采取有效合理的方式提高水侧换热，通过高效制冰，为食材的冷冻保鲜以及食品冷藏提供保障。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种能够大大提高制冰效率的带有超声促晶装置的高效制冰系统，克服现有制冰技术效率太低、制冰时间较长的缺陷。
技术方案：本实用新型提供一种带有超声促晶装置的制冰系统，包括制冷冻冰回路、制冷预冷回路和水预冷超声促晶路径；制冷冻冰回路包括通过管道依次相连的制冷压缩机、冷凝器、节流装置、制冰蒸发器和第一调节阀；制冷预冷回路包括通过管道依次相连的制冷压缩机、冷凝器、节流装置、换热器和第二调节阀；水预冷超声促晶路径包括通过管道依次相连的水泵、第三调节阀、换热器、超声波促晶器和制冰蒸发器；换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道入口与第三调节阀相连，第一换热通道出口与超声波促晶器相连，第二换热通道入口与节流装置相连，第二换热通道出口与所述第二调节阀相连。
其中，制冷压缩机优选为活塞压缩机、离心压缩机、螺杆压缩机或涡旋压缩机；制冷压缩机吸入口与制冰蒸发器以及换热器相连，制冷压缩机出口与冷凝器相连。冷凝器优选为风冷或水冷式冷凝器；节流装置为制冷系统节流元件，优选为膨胀阀、毛细管、节流孔板或节流短管；节流装置入口与冷凝器相连，出口与制冰蒸发器以及换热器相连。换热器优选为逆流式板式换热器。制冷冻冰回路中的冷媒为制冷系统用制冷剂。
超声波促晶器主要包括超声波发生器以及超声波振子。当超声波发生器产生一定声强的声波辐照溶液时，在声强的膨胀相位，液体中会形成一些气泡，这些气泡在声场的膨胀相位内形成并长大。在声场交变为压缩相位时，气泡就被急速压缩。由于压缩过程发生在数纳秒至数微秒之间，气泡崩溃时可释放出巨大的能量，伴随着局部产生数百个大气压强和几千度高温。通过压变增大相变驱动力，以促使晶核成型。采用该超声空化方式可以对过冷液体进行促发结晶。
本实用新型的工作原理是：在制冷系统制冰开始前，首先对常温水进行预冷，此时第一调节阀关闭，第二调节阀和第三调节阀打开。常温水经水泵进入换热器，同时制冷预冷回路开始运行，制冷剂经制冷预冷回路进入换热器的第二换热通道，并与换热器的第一换热通道中的常温水逆流换热。由于板式换热器换热效率较高，通过合理设计与计算，可以使常温水从15～20℃被冷却到-3～-1℃。
从换热器的第一换热通道中流出的被冷却的、带有微小过冷度的过冷水进入超声波促晶器。在超声波促晶器内，通过施加超声波，可以促进过冷水中冰晶的生长。当有大量冰晶出现时，此时水中为冰与水的混合物，即流态化冰浆。流态化的冰浆温度在-2～0℃范围内。此时，将从超声波促晶器流出的流态化冰浆直接注入制冰蒸发器冰槽进行冻结。
当来自于超声波促晶器的流态化冰浆注满制冰蒸发器冰槽搁板间时，通过关闭第二调节阀和第三调节阀使制冷预冷水回路和水预冷超声促晶路径停止工作。开启第一调节阀，使制冷冻冰回路开始工作。当第一调节阀开启后，制冷压缩机、冷凝器、节流装置和制冰蒸发器构成新的制冷冻冰回路，制冷剂流入制冰蒸发器盘管中，对制冰蒸发器冰槽搁板间的流态化冰浆进行冻结。由于制冰蒸发器中为-2～0℃的流态化冰浆，相比于传统制冰方式，本实用新型的制冰系统首先通过换热器将常温水的大部分显热消除，到达制冰蒸发器的冰浆中仅含有以小部分水用来填充冰浆间的空隙，并且温度较低。开启制冷冻冰回路，可以实现冰晶与过冷水间的高效冻结，大大提高制冰效率。
有益效果：本实用新型的制冰系统设置了超声波促晶器，制冰系统首先对常温水进行预冷，使其从常温降到-3～-1℃，形成过冷水；过冷水进入超声促晶器，通过施加超声波促进过冷水中冰晶的产生，最终形成流态化冰浆，并将冰浆注入制冰蒸发器冰槽中进行冻结，有效降低了冻结所需制冷量，大大节省了制冷时间；对常温水进行预冷采用了常温水板式换热器，换热器一侧为流动的水，另一侧为制冷剂，两者在换热器中逆流换热，大大提高了换热效率，且制冷剂在对常温水进行冷却时，制冰系统中的制冷剂的蒸发运行温度可以有效提高至-8℃，大大提高了制冰效率，节省了系统能耗。
附图说明
图1为本实用新型一种带有超声促晶装置的高效制冰系统结构示意图。
图中标号：1为制冷压缩机，2为冷凝器，3为节流装置，4为制冰蒸发器，5为换热器，6为超声波促晶器，7为水泵，8为第一调节阀，9为第二调节阀，10为第三调节阀，11为制冷冻冰回路，12为制冷预冷回路，13为水预冷超声促晶路径；
图中字母标号：a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、s、t、u、v、w均为管道标识。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1所示，一种带有超声促晶装置的制冰系统，包括制冷压缩机1、冷凝器2、节流装置3、制冰蒸发器4、换热器5、超声波促晶器6、水泵7、第一调节阀8、第二调节阀9和第三调节阀10。
其中，制冷压缩机1为活塞压缩机、离心压缩机、螺杆压缩机或涡旋压缩机。制冷压缩机1吸入口通过管道g、h以及第一调节阀8与制冰蒸发器4相连，另外，制冷压缩机1吸入口还通过管道l、m、n、h以及第二调节阀9与换热器5相连，制冷压缩机1出口与冷凝器2相连。
冷凝器2为风冷或水冷式冷凝换热装置。
节流装置3为制冷系统节流元件，优选为膨胀阀、毛细管、节流孔板或节流短管。节流装置3入口与冷凝器2相连，出口与制冰蒸发器4和换热器5分别相连。
制冰蒸发器4包括冰槽、设置在冰槽中的搁板以及用于制冷剂流动的盘管，盘管主要用于为制冰提供所需的冷量。
超声波促晶器6主要通过超声波使得过冷水中水分子成核，促进流态冰的产生。超声波促晶器6主要包括超声波发生器以及超声波振子。当超声波发生器6产生一定声强的声波辐照溶液时，在声强的膨胀相位，液体中会形成一些气泡，这些气泡在声场的膨胀相位内形成并长大，其半径分布是在几百纳米到几十微米之间。在声场交变为压缩相位时，气泡就被急速压缩。由于压缩过程发生在数纳秒至数微秒之间，气泡崩溃时可释放出巨大的能量，伴随着局部产生数百个大气压强和几千度高温。通过压变增大相变驱动力，以促使晶核成型。采用该超声空化方式可以对过冷溶液进行促发结晶。
制冷压缩机1、冷凝器2、节流装置3、制冰蒸发器4和第一调节阀8通过管道abcdefgh依次相连形成制冷冻冰回路11。当流态化冰浆注入制冰蒸发器4搁板后，第二调节阀9、第三调节阀10关闭，第一调节阀8打开，预冷换热过程结束，制冷冻冰回路开始工作，将冰浆冻结成冰块。
制冷压缩机1、冷凝器2、节流装置3、换热器5和第二调节阀9通过管道abcdeijklmnh依次相连形成制冷预冷回路12。
水泵7、第三调节阀10、换热器5、超声波促晶器6和制冰蒸发器4通过管道opqrstuvw依次相连形成水预冷超声促晶路径13。
换热器5为逆流式板式换热器，换热器5的换热面积根据制冰系统中水和制冷剂的流量进行设置。换热器5包括第一换热通道和第二换热通道；第一换热通道属于水预冷超声促晶路径13，第一换热通道入口与第三调节阀10相连，第一换热通道出口与超声波促晶器6相连；第二换热通道属于制冷预冷回路12，第二换热通道入口与节流装置3相连，第二换热通道出口与第二调节阀9相连。其一路为制冷预冷回路12，包括管段abcdeijklmnh；另一路为水预冷超声促晶路径13，包括opqrstuvw。第一换热通道和第二换热通道逆流设置。在对常温水进行预冷过冷中，第一调节阀8关闭，第二调节阀9和第三调节阀10开启，在水泵7的作用下，常温水进入换热器5第一换热通道，与换热器5第二换热通道中的制冷剂进行换热。在换热器5第二换热通道中制冷剂冷却下，常温水由15～20℃被冷却至-3～-1℃，成为过冷水，过冷水直接进入超声波促晶器6，超声波促晶器6对来自换热器5第一换热通道的过冷水进行作用，促进过冷水中冰晶的生长，使得过冷水变为流态化冰浆。
在对常温水进行预冷时，制冷预冷回路12中，换热器5中的制冷剂的蒸发温度高达-8℃左右，大大提高了制冷系统效率。
制冷冻冰回路11中的冷媒为制冷系统用制冷剂。
本实用新型的制冰系统的运行过程可分为两个过程：常温水预冷过程和流态化冰浆冻结过程。
传统的制冰方式是使常温水冷却降温和冻结过程全部在制冰蒸发器4冰槽中进行。本实用新型的制冰系统中，常温水预冷过程发生在制冰开始前，将常温水的预冷与冻结过程分开。本实用新型的制冰系统中，首先对常温水进行预冷，此时第一调节阀8关闭，第二调节阀9和第三调节阀10打开，在水泵7的驱动下，常温水进入换热器5，制冷预冷回路12开启，制冷剂经制冷预冷回路12进入换热器5的第二换热通道，与换热器5第一换热通道中的常温水逆流换热。板式换热器具有较高的换热效率，通过合理设计和计算换热器的换热面积和流量，可以使常温水从15～20℃被冷却到-3～-1℃，形成过冷水。相比于一侧为水的静止导热过程，本实用新型的制冰系统中，板式换热器两侧均为流动换热，可以大大提高换热效率，有效节省了水的冷却时间。
在换热器5中被冷却的、带有微小过冷度的过冷水进入超声波促晶器6。在超声波促晶器6内，通过施加超声波，促进过冷水中冰晶的生长，当有大量冰晶出现时，此时过冷水变为温度在0～-2℃范围内的流态化冰浆，此时，从超声波促晶器6流出的流态化冰浆可直接注入制冰蒸发器4搁板间进行冻结。
当来自超声波促晶器6的流态化冰浆注满制冰蒸发器4搁板间隔时，关闭第二调节阀9和第三调节阀10，使制冷预冷回路12以及水预冷超声促晶路径13停止工作。开启第一调节阀8，使制冷冻冰回路11开始运转。第一调节阀8开启后，制冷压缩机1、冷凝器2、节流装置3以及制冰蒸发器4构成新的制冷冻冰回路11。制冷剂流入制冰蒸发器4的盘管中，对制冰蒸发器4搁板间的流态化冰浆进行冻结。由于制冰蒸发器4中为-2～0℃的流态化冰浆，常温水的大部分显热已通过换热器5消除，制冰蒸发器4中的冰浆中仅含有以小部分水用来填充冰浆间的空隙，并且温度较低，制冰蒸发器4可对冰浆进行高效冻结。相比于传统制冰方式，该方式通过开启制冷冻冰回路11直接对冰浆进行供冷，消除少量水的潜热就可以使得冰水冻结在一起，大大提高制冰效率，节省了制冷系统运行时间与运行能耗。