电解产气冰晶剥落方法及冰蓄冷系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电解产气冰晶剥落方法及冰蓄冷系统，其特征在于该方法在产冰壁面上设置一对导电材料作为电极，电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，在壁面和冰晶之间产生气泡，产生气泡的物理作用下使冰晶从产冰壁面剥落，在重力作用和/或者制冷剂流动的带动下而离开。本发明方法不需要在蓄冰槽内使用刮刀等机械手段来脱除产冰壁面的冰，不会损伤蓄冰槽，可以大幅提升冷热源的利用效率，方法简单，可操作性强。
【专利说明】
电解产气冰晶剥落方法及冰蓄冷系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种电解产气冰晶剥落方法及冰蓄冷系统。
【背景技术】
[0002]我国是一个能源供应非常紧张的国家，一些大中城市空调用电量占到总用电量的30%，使得电力系统峰谷荷差加大，有的电网峰谷荷差达40%，造成机组频繁起停，而冰蓄冷技术能有效帮助电网移峰填谷，作为通过蓄热媒体进行蓄热，热交换系统的一种，采用冰作为蓄冷媒体，利用廉价的深夜电力制造冰晶并贮藏，冰晶作为冷热源用于冷库对食品冷藏等的冰蓄冷系统等方面应用有着明显优势。
[0003]—般来说，冰蓄冷系统是，制造并贮藏冰的一部分所谓蓄冰槽的设备，该蓄冰槽作为上述利用冰作为冷源的容器，蓄冰槽壁面上生长的冰晶固定在壁面上，影响制冰系统流体流动，降低换热器壁面换热效率，且冰作为冷源利用效率低下，所以壁面固着冰晶是个广泛存在且丞待解决的技术难题。
[0004]为了解决该难题，依据现有技术，蓄冰槽内布置刀片，通过刀片旋转的机械力将固定在壁面的冰晶进行刮除使其剥落，或者利用超声振动手段，使冰晶生长壁面除去冰晶。但是，以上方法中，刮刀和超声波对蓄冰槽壁面有损伤，存在引发蓄冰槽故障的可能性。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是:提供一种电解产气冰晶剥落方法及冰蓄冷系统。该方法在产冰壁面上设置一层能够进行电分离的一对导电材料，电极之间通过制造电场使水电解产生气泡，利用产生的气泡对固定在产冰壁面上的冰晶进行剥离，采用该方法不需要在蓄冰槽内使用刮刀等机械手段，不会损伤蓄冰槽，可以大幅提升冷热源的利用效率，方法简单，可操作性强。该冰蓄冷系统具有产冰壁面不易损伤，安全稳定性高，组装简便，采用前述电解产气除冰方法极大地提高了该冰蓄冷系统的传热效率即能量利用率。
[0006]本发明解决所述剥落方法技术问题采用的技术方案是:提供一种电解产气冰晶剥落方法，其特征在于该方法在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，产生气泡，进而使冰晶和产冰壁面剥离开，在重力作用和/或者制冷剂流动的带动下而离开。
[0007]本发明解决所述冰蓄冷系统技术问题采用的技术方案是:提供一种冰蓄冷系统，采用上述的冰晶剥落方法，该系统包括换热模块，冷热流体温度及流动控制模块和电压控制模块，所述换热模块包括换热和蓄冰功能，以换热模块为中心，制冷剂在该处遇冷形成冰晶，在换热模块的产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接;冷热流体则通过流体温度及流动控制模块实施操作控制整个系统的产冰速率；电压控制模块通过电源装置对产冰壁面施加电压控制，使产冰壁面产生的冰及时剥落。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0009]本发明方法通过在产冰壁面设置导电材料，使冰在电解所产生气泡的作用下而脱落，有效避免了由于刮刀等外力作用而破坏壁面的问题，且本发明方法可应用于冰蓄冷电网调峰、建筑物屋顶防积雪和屋檐防冰锥等方面，也可应用于任何涉及换热器壁水结冰或者其他冰晶体固着的情况，壁面或者管内面固着的冰需要可控剥离的所有情况，具有非常强的实用性和广泛性。
[0010]本发明冰蓄冷系统将冷热流体流动冷热交换过程与电化学技术和导电材料结合，组合的新型冰晶易剥落的冰蓄冷系统，相比现有冰蓄冷系统，具备冰生成壁面冰晶易剥落，冷热交换效率高，冷热流体流动阻力小等优势，利用壁面电解产生气泡相较使用刮刀脱落能够很容易地剥离冰生成壁面冰晶，该蓄冷系统相对壁面固着大量冰晶而不易脱除的冰蓄冷系统具备更高地换热效率，且流体流动阻力更小。
【附图说明】
[0011]图1本发明冰蓄冷系统一种实施例的结构示意图；
[0012]图2本发明冰蓄冷系统一种实施例的结构示意图；
[0013]图3本发明冰蓄冷系统一种实施例的换热器内制冷剂配管管道81和载冷剂配管管道21的结构示意图；
[0014]图4图3中A-A截面的结构示意图；
[0015]图5本发明冰蓄冷系统在产冰壁面上生成气泡的示意图；
[0016]图中，2载冷剂管路、3冷却槽、4载冷剂栗、5制冷剂管路、6加热器、7热流体栗、8换热器、9电源装置、10气泡发生装置、21载冷剂配管管道、81制冷剂配管管道、811导电材料、812绝缘材料。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例及附图对本发明做进一步阐述，但并不用于限制本申请权利要求的保护范围。
[0018]本发明电解产气冰晶剥落方法，该方法在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，冰晶与壁面之间产生气泡，随着气泡产生，冰晶开始从壁面剥离开，在重力作用和/或者制冷剂流动的带动下而离开。
[0019]本发明冰晶剥落方法的整个过程中所述电源装置施加的电压的方式可为直流或交流，电压值的大小及制冷剂流动速度的快慢与具体的工艺要求有关。
[0020]本发明还保护采用上述方法剥落冰晶的冰蓄冷系统，其特征在于该系统包括换热模块，冷热流体温度及流动控制模块和电压控制模块，所述换热模块包括换热和蓄冰功能，以换热模块为中心，制冷剂在该处遇冷形成冰晶，在换热模块的产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接;冷热流体则通过流体温度及流动控制模块实施操作控制整个系统的产冰速率；电压控制模块通过电源装置对产冰壁面施加电压控制，使产冰壁面产生的冰及时剥落。
[0021]一种冰蓄冷系统，该系统包括冷却槽3、换热器8、加热器6和电源装置9，换热模块采用换热器8，冷热流体温度及流动控制模块通过冷却槽3和加热器6实现控制，电压控制模块通过电源装置9实现控制，所述冷却槽3的出口与换热器8的一个进口连接，冷却槽3的进口通过载冷剂管路2经载冷剂栗4与换热器8的一个出口连接，所述换热器8的另一个出口经热流体栗7通过制冷剂管路5与加热器6的进口连接，加热器6的出口与换热器8的另一进口连接，制冷剂和载冷剂通过换热器换热面换热，所述换热器8换热面为产冰壁面，在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，两个电极分别与电源装置9的正负极连接，电源装置9和换热器8构成气泡发生装置10。
[0022]—种冰蓄冷系统，包括冷却槽3、换热器8、加热器6、电源装置9和蓄冰槽，换热模块采用换热器8和蓄冰槽，冷热流体温度及流动控制模块通过冷却槽3和加热器6实现控制，电压控制模块通过电源装置9实现控制，所述冷却槽3的出口与换热器8的一个进口连接，冷却槽3的进口通过载冷剂管路2经载冷剂栗4与换热器8的一个出口连接，所述换热器8的另一个出口经热流体栗7通过制冷剂管路5与加热器6的进口连接，加热器6的出口与换热器8的另一进口连接，所述换热器8与蓄冰槽连接，蓄冰槽的内壁为产冰壁面，在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，两个电极分别与电源装置9的正负极连接，电源装置9和蓄冰槽构成气泡发生装置10。
[0023]本发明冰蓄冷系统的进一步特征在于所述制冷剂管路5中的制冷剂为水或者水溶液，所述载冷剂管路2中的载冷剂为氯化钙水溶液。
[0024]本发明冰蓄冷系统的工作原理及过程是:
[0025]该冰蓄冷系统中的载冷剂，由载冷剂栗4通过载冷剂管路2循环。更具体的，载冷剂从载冷剂栗4产生循环流送往冷却槽3冷却，然后，和送往换热器8的制冷剂进行热交换，使制冷剂冷却。和制冷剂热交换后的载冷剂再送往冷却槽3，通过以上过程与制冷剂循环往复换热；
[0026]该冰蓄冷系统的制冷剂，由制冷剂栗7产生循环流送往加热器6吸热后，继续送往换热器8，和载冷剂进行换热冷却。和载冷剂换热后的制冷剂再送往加热器6，以上热交换过程循环往复进行；
[0027]将两个电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，使产冰壁面产生气泡，由于气泡的存在，使冰晶和产冰壁面剥离开，在重力作用或者制冷剂流动的带动下使冰块或冰水混合物离开壁面。
[0028]本发明中所述制冷剂选水或者水溶液，并无特别的限制，如下将述，从水的电解生成气泡的观点出发，例如，溶解有电解质盐的水溶液会更合适。所述载冷剂，应为冷却槽3中冷却后结冰程度较低具有较低熔点的水溶液。载冷剂的选择并不限于具有以上优势的溶液，具体地，氯化钙水溶液较为适合。例如，制冷剂在管道等辅助下与载冷剂接触后冷却，从凝固点的观点出发，倾向于选择载冷剂的凝固点比制冷剂的凝固点低。另外，换热对能量利用效率和系统整体影响较大，所以应该选择合适的工艺参数。本发明不限于以上内容。
[0029]实施例1
[0030]本实施例电解产气冰晶剥落方法，该方法在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，产生气泡，进而使冰晶和产冰壁面剥离开，在重力作用或者制冷剂流动的带动下而离开。
[0031]本实施例冰蓄冷系统(参见图1)采用上述的方法，包括冷却槽3、换热器8、加热器6和电源装置9，所述冷却槽3的出口与换热器8的一个进口连接，冷却槽3的进口通过载冷剂管路2经载冷剂栗4与换热器8的一个出口连接，所述换热器8的另一个出口经热流体栗7通过制冷剂管路5与加热器6的进口连接，加热器6的出口与换热器8的另一进口连接，制冷剂和载冷剂通过换热器换热面换热，所述换热器8换热面为产冰壁面，在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，两个电极分别与电源装置9的正负极连接，电源装置9和换热器8构成气泡发生装置10。
[0032]本实施例所述电源装置所施加的电压的方式为交流，制冷剂为水，载冷剂为氯化钙水溶液，电压值设定为3V。
[0033]所述换热器8(参见图2-4)内部由与载冷剂管路2连接的载冷剂配管管道21和与制冷剂管路5连接的制冷剂配管管道81构成，载冷剂配管管道21套接在制冷剂配管管道81外侦U，形成二重管，两种管道进行热交换，制冷剂配管管道81内流动的是制冷剂，载冷剂配管管道21内流动的是载冷剂。制冷剂配管管道81的截面为四边形，由一对导电材料811和一对绝缘材料812组成，一对导电材料构成两个电极，两个电极与电源装置的正负极连接，由电源装置9施加电压，两个电极之间形成电场，在导电材料811表面生成气泡，进而使导电材料811表面固着的冰发生剥离，如图5所示，壁面上的冰在电解的作用下产生气泡，随着制冷剂的流动而离开。
[0034]经载冷剂管路2将载冷剂送到冷却槽3进行冷却，由栗送入换热器8的载冷剂配管管道21中，载冷剂流经制冷剂配管管道81，使制冷剂配管管道81冷却，在其表面上生成冰，然后，载冷剂经载冷剂管路2流回冷却槽3，如此循环，实现冰蓄冷过程。
[0035]由加热器6调控制冷剂的温度，制冷剂由栗送入换热器8中，且制冷剂由换热器8的下方进入制冷剂配管管道81中；然后，制冷剂从制冷剂配管管道81上方流过的过程中冷却，冰在制冷剂配管管道81的内壁上生成冰晶。未结冰的制冷剂流出换热器8，经制冷剂管路5返回加热器6，如此往复循环，实现制冷剂的循环过程。
[0036]以上过程循环操作虽然存在由加热器6与换热器8热交换的可能性，但换热器8也存在温度降至制冷剂凝固点以下的可能性，在制冷剂管路5连接的换热器8—个出口管道的内壁上生成冰，生成的冰会妨碍管道中流体流动，造成换热效率低下的问题。本实施例的冰蓄冷系统在换热器8的内壁上设置导电材料，由导电材料作为电极，通过电解产气可以脱除换热器8该出口管道内壁上的冰，可以使管道中流体流动畅通，提高换热效率。
[0037]实施例2
[0038]本实施例冰蓄冷系统包括冷却槽3、换热器8、加热器6、电源装置9和蓄冰槽，所述冷却槽3的出口与换热器8的一个进口连接，冷却槽3的进口通过载冷剂管路2经载冷剂栗4与换热器8的一个出口连接，所述换热器8的另一个出口经热流体栗7通过制冷剂管路5与加热器6的进口连接，加热器6的出口与换热器8的另一进口连接，所述换热器8与蓄冰槽连接，蓄冰槽的内壁为产冰壁面，在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，两个电极分别与电源装置9的正负极连接，电源装置9和蓄冰槽构成气泡发生装置10。
[0039]本实施例所述电源装置所施加的电压的方式为直流，制冷剂为质量分数为0.1的氯化钠水溶液，载冷剂为质量分数为2.6的氯化钙水溶液，电压值设定为5V。
[0040]实施例3
[0041]本实施例电解产气冰晶剥落方法，应用在冷冻结晶器中，产冰壁面为冷冻结晶器内壁，在该内壁上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，产生气泡，进而使冰晶和产冰壁面剥离开，在重力作用而离开。
[0042]本实施例针对冷冻结晶器器壁冰晶固着现象造成结晶器内会出现传热效率低、流体流动减慢、颗粒悬浮，产品粒度不均匀等问题，能够将结晶器中的冰晶剥落而不会造成器壁损伤，可广泛应用在冷冻结晶技术领域中，在食品和药物提纯精制方面具有广泛的应用空间。
[0043]实施例4
[0044]本实施例电解产气冰晶剥落方法，应用在除去冰柱中，利用本发明方法可以有效控制冰柱剥落时间，防止冰柱随机落下而造成的危险。
[0045]本发明剥离冰晶方法可以显著降低传热热阻并提高冰晶剥离效率，同时本发明方法同样可应用在流体输送过程中管内形成冰晶的情形中，可有效防止流路缩小和管壁破裂的情况。此外，本发明方法也可用于去除积雪和冰柱，建筑物的屋顶积累的雪底部融化后变为冰，利用本发明方法使积雪底部屋顶表面的冰剥离，从而使其上的雪可随其一起滑落至地面，可以大大减轻因积雪太厚导致建筑物屋顶负担太重的问题。
[0046]以上仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，是可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
[0047]本发明未述及之处适用于现有技术。
【主权项】
1.一种电解产气冰晶剥落方法，其特征在于该方法在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接，在两个电极之间施加电压形成电场，对产冰壁面上的冰进行电解，产生气泡，进而使冰晶和产冰壁面剥离开，在重力作用和/或者制冷剂流动的带动下而离开。2.—种冰蓄冷系统，采用权利要求1所述的冰晶剥落方法，其特征在于该系统包括换热模块，冷热流体温度及流动控制模块和电压控制模块，所述换热模块包括换热和蓄冰功能，以换热模块为中心，制冷剂在该处遇冷形成冰晶，在换热模块的产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，电极与电源装置连接;冷热流体则通过流体温度及流动控制模块实施操作控制整个系统的产冰速率；电压控制模块通过电源装置对产冰壁面施加电压控制，使产冰壁面产生的冰及时剥落。3.根据权利要求2所述的冰蓄冷系统，其特征在于换热模块采用换热器，冷热流体温度及流动控制模块通过冷却槽和加热器实现控制，电压控制模块通过电源装置实现控制，该系统包括冷却槽、换热器、加热器和电源装置，所述冷却槽的出口与换热器的一个进口连接，冷却槽的进口通过载冷剂管路经载冷剂栗与换热器的一个出口连接，所述换热器的另一个出口经热流体栗通过制冷剂管路与加热器的进口连接，加热器的出口与换热器的另一进口连接，所述换热器的内壁为产冰壁面，在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，两个电极分别与电源装置的正负极连接。4.根据权利要求3所述的冰蓄冷系统，其特征在于所述换热器内部由与载冷剂管路连接的载冷剂配管管道和与制冷剂管路连接的制冷剂配管管道构成，载冷剂配管管道套接在制冷剂配管管道外侧，制冷剂配管管道的截面为四边形，由一对导电材料和一对绝缘材料组成，一对导电材料构成两个电极。5.根据权利要求2所述的冰蓄冷系统，其特征在于换热模块包括换热器和蓄冰槽，冷热流体温度及流动控制模块通过冷却槽和加热器实现控制，电压控制模块通过电源装置实现控制，该系统包括冷却槽、换热器、加热器、电源装置和蓄冰槽，所述冷却槽的出口与换热器的一个进口连接，冷却槽的进口通过载冷剂管路经载冷剂栗与换热器的一个出口连接，所述换热器的另一个出口经热流体栗通过制冷剂管路与加热器的进口连接，加热器的出口与换热器的另一进口连接，所述换热器与蓄冰槽连接，蓄冰槽的内壁为产冰壁面，在产冰壁面上设置一对导电材料，以导电材料作为电极，两个电极分别与电源装置的正负极连接。6.根据权利要求3-5任一所述的冰蓄冷系统，其特征在于所述制冷剂管路中的制冷剂为水或者水溶液，所述载冷剂管路中的载冷剂为氯化钙水溶液。
【文档编号】F25C5/04GK106052234SQ201610539453
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】赵晓昱, 沙作良, 王彦飞, 朱亮, 杨立斌, 曹汝鸽
【申请人】天津科技大学