一种制冰机强化传热系统及工艺优化方法与流程

1.本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种制冰机强化传热系统及工艺优化方法。


背景技术：

2.随着社会的发展和人民生活水平不断提高，国内冰市场需求极其庞大，用途极为广泛，如海洋捕捞作业、冷链运输、海鲜市场、食用、养殖、化工等。从渔业具体产业来看，根据1997年至2016年的用冰量估算数据，由589万吨增至1328万吨，我们对2020～2030年的用冰量进行预测，以预测未来10年的用冰需求。预计2030年渔业用冰量将达到1927万吨，相比于2020年1495万吨，增加28.89％。同时根据食品招商网文章显示，零售端角度，每800升的鱼对应120升的用冰量，到2030年，我国水产品对应用冰量预计为1419万吨。从以上数据来看，我国仅渔业、水产品业方面的用冰市场就已经非常庞大；2020年我国商业制冰机年产量超15万台，市场规模已超20亿元；同时各行业对冰的质量要求也越来越高，因此对制冰机的“高性能”、“低故障率”、“卫生性”等要求也就越来越迫切。
3.但目前制冰机存在蒸发器流道过厚、传热效率低、制冰速度慢、耗材多、化冰不均匀等问题，因此对制冰机进行强化传热研究既能节约资源、提高资源利用效率，是企业响应国家政策的客观要求，又是企业适应市场需要、降低成本、增加效益、提升产品竞争力的必然选择。
4.中国专利申请cn201600077u公布了一种片冰机蒸发器换热面，它包括制冷剂侧换热表面及制冰侧换热表面。该发明能够强化蒸发器的传热能力，增加单位面积的换热量。但该发明对优化技术要求过高，在具体制冰项目上的实施难度较大。而本发明无论是从制冰机蒸发器设计方面还是从工艺实施方面都简便易行。
5.一种小型制冰机的蒸发(cn2769790y)，包括连接管和蒸发管。该发明能够增大蒸发管的换热效率，降低制造成本。但该发明只适用于家用型制冰机蒸发器，对于实际产冰企业来说，制冰规模过小，可行性不大。
6.一种制冰机化冰装置及其化冰工艺(cn103913026a)，包括制冰盘、接水槽和蓄冰桶。该发明在工艺上采用温水喷淋的方式进行化冰，能够实现快速化冰。但该发明所设计化冰装备仅适合制冰小型冰块，且对于温水温度的控制也有较严格的要求，过高的温度会使得冰块在化冰过程中存在受热不均而产生冰痕和裂缝。
7.一种利用热氟化冰的直冷式块冰机(cn207095112ua)，该发明通过压缩机做功，将热量释放到制冰机蒸发器铝板，以达到热氟化冰的效果。但该发明在化冰过程中容易发生分流不均与制冷流道过长等情况，从而使得化冰不彻底，冰块不够完整。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对上面提出的目前已有的制冰机蒸发器制冰装置及制冰工艺的隐患及不足，提供一种制冰机强化传热及工艺优化设计及装置，对制冰机进行技术升级以及对换热流道和工艺以及设备负荷调节的优化设计，从而达到提高传热效率、缩短制
冰时间、减少材料损耗、节约用电量等目的，实现制冰一键启动、制冰化冰一体化控制、实时监控、和安全运行。
9.本发明至少通过如下技术方案之一实现。
10.一种制冰机强化传热系统，包括制冰系统、化冰系统；
11.所述制冰系统包括所述制冰系统包括气液分离器、压缩机、过滤器、冷凝器、分流头、制冰机蒸发器、第二电动三通阀；所述化冰系统包括换热器、泵、水池、空温换热器；
12.所述气液分离器通过压缩机与冷凝器连接；所述压缩机通过过滤器与冷凝器连接；所述冷凝器通过分流头与制冰机蒸发器连接；
13.所述制冰机蒸发器通过第二电动电动三通阀与换热器连接，换热器与气液分离器的输入端连接；所述换热器通过所述泵与水池；所述过滤器通过第一电动三通阀与冷凝器之间连接；第一电动三通阀上还连接有空温换热器，所述空温换热器的输出端连接与所述分流头连接。
14.进一步地，所述冷凝器的输出端设有第二温度传感器；所述压缩机与过滤器连接的管道上设有第二压力传感器及压力可视表(5)和第一温度传感器。
15.进一步地，所述压缩机为变频压缩机。
16.进一步地，在化冰过程中，所述空温换热器通过第二减压阀与所述分流头连接。
17.进一步地，所述制冰机蒸发器中换热管铝冻板为直径4mm～8mm内的圆形小孔流道。
18.进一步地，所述制冰机蒸发器中换热管为圆形小孔。
19.进一步地，所述制冰机蒸发器中换热板连接方式为上下并列排布连接，且换热管上以2～4个小孔为一组；分流头将主管冷媒分为若干股物流进入制冰机蒸发器中换热管铝冻板已分组后的对应通道，接着再进入下一换热板的相对应小组流道中。
20.进一步地，所述冷凝器通过第一单向阀与分流头连接，冷凝器通过膨胀阀与第一单向阀连接。
21.进一步地，所述第二电动电动三通阀通过第一减压阀与换热器连接。
22.实现所述的一种制冰机强化传热系统的工艺优化方法，包括以下步骤：
23.在制冰过程中：电动三通阀处于关闭状态，冷媒从气液分离器中出来，进入到压缩机中进行压缩成高温高压气态冷媒；经冷凝器冷凝后，温度降低接着进入膨胀阀进行膨胀，膨胀后的冷媒为低温低压的液态冷媒；随后进入制冰机制冰，制冰后的冷媒温度升高，进入气液分离器中完成循环；
24.在化冰过程中：电动三通阀处于开启状态，冷媒从气液分离器中出来，进入到压缩机中进行压缩成高温高压气态冷媒；随后进入空温换热器降温，之后经第二减压阀进行减压，此时温度降低，接着进入制冰机中，此时制冰机起到冷凝器作用，利用冷媒的热量进行化冰；冷媒从制冰机出来后，温度降低，随后进入第一减压阀中减压，压力与温度都降低，接着进入换热器，与水池中的水进行换热，换热后温度升高，进入气液分离器中完成循环。
25.本发明与现有技术和现状相比具有以下的有益效果：
26.1、节省冷媒费用。本工艺系统中采用圆形小孔的制冰机换热管，减少60～80％的冷媒填充量，从而节省了冷媒的费用，降低了制冰的成本。
27.2、保持最小负荷，节约电能。通过监测压缩机出口温度与压力变化以及冷媒的气
液相态来调节冷凝器的负荷，使其保持最小负荷，以达到节约用电的目的。
28.3、系统适用性广。对制冰机进行强化传热研究，其蒸发器换热管采用圆形孔，使得换热管的耐压性大大提高，适用冷媒种类增加。
29.4、制冰与化冰时间更加快。本系统中水池的水提前进行预冷，同时还可供于制冰，同时采用热氟制冰化冰一体化，比常规热氟制冰化冰更加节约时间。
30.5、整套装置自动化程度高。该装置采用热氟制冰化冰一体化，包括一键启动功能、制化冰切换等功能，所需人工相对于传统制冰来说较少，减少了许多人工带来的失误，又节约了人力成本。
附图说明
31.图1为一种制冰机强化传热及工艺优化设计及装置；
32.图2为分流头将冷媒主管道分支流入制冰机；
33.图3为制冰机蒸发器换热管的排布方式与冷媒流向；
34.图中示出：1-第一压力传感器及压力可视表、2-气液分离器、3-电磁阀、4-压缩机、5-第二压力传感器及压力可视表、6-第一温度传感器、7-过滤器、8-第一电动三通阀、9-冷凝器、10-第二温度传感器、11-膨胀阀、12-第一单向阀、13-第三温度传感器、14-第三压力传感器、15-分流头、16-制冰机蒸发器、17-第四温度传感器、18-第二电动三通阀、19-第一减压阀、20-换热器、21-第二单向阀、22-第五温度传感器、23-泵、24-水池、25-空温换热器、26-第二减压阀、27-第三单向阀。
具体实施方式
35.为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
36.本实施例的一种制冰机强化传热系统，如图1所示，包括制冰系统、化冰系统；
37.所述制冰系统包括第一压力传感器及压力可视表1、气液分离器2、电磁阀3、压缩机4、第二压力传感器及压力可视表5、温度传感器6、过滤器7、第一电动三通阀8、冷凝器9、温度传感器10、膨胀阀11、单向阀12、第三温度传感器13、第三压力传感器14、分流头15、制冰机蒸发器16、第四温度传感器17、第二电动三通阀18；
38.所述气液分离器2的输出端通过所述电磁阀3与压缩机4的输入端连接，压缩机4的输出端通过所述第一电动三通阀8与冷凝器9的输入端连接；所述压缩机4通过所述过滤器7与第一电动三通阀8连接；
39.所述冷凝器9的输出端通过所述分流头15与制冰机蒸发器16的输入端连接；分流头15与冷凝器9连接的管路上设有第一单向阀12，靠近分流头15的管路上设有第三温度传感器13和第三压力传感器14；制冰机蒸发器16的输出端设置有所述第四温度传感器17；所述制冰机蒸发器16的输出端通过所述第二电动三通阀18气液分离器2的输出端连接。
40.所述冷凝器9与第一单向阀12连接的管路设有所述膨胀阀11；在制冰机蒸发器16处设置感温包反控膨胀阀，即为图中点划线处。
41.作为另一种优选的实施例，所述气液分离器2上还设置有所述第一压力传感器及压力可视表1，用于检测气液分离器2的压力；所述制冰机蒸发器16中换热管铝冻板为直径
4mm～8mm内的圆形小孔流道，且不影响换热性能，耗材量减少，可节省15～30％的材料。
42.作为另一种优选的实施例，所述压缩机4与过滤器7连接的管道上设有第二压力传感器及压力可视表5和第一温度传感器6，用于检测相应的压力和温度；本实施例采用压缩机4为变频压缩机，压缩机运行功率随系统温度变化而变化，单位制冰用电量可节省20％。所述制冰机蒸发器16中换热管为圆形小孔，耐压性提高40～50％，可达到4mpa以上，可减少60～80％的冷媒填充量，大大节省了冷媒费用。
43.所述制冰机蒸发器16中换热板连接方式为上下并列排布连接，且换热管上以2～4个小孔为一组；分流头15将主管冷媒分为5股物流进入制冰机蒸发器16中换热管铝冻板已分组后的对应通道，接着再进入下一换热板的相对应小组流道中，以实现不同换热板中流道与流道之间流量互相串联的目的，从而达到流量均匀分配的作用，该流程如图2，图3所示，其中
①
～
⑤
代表了5股物流。
44.所述冷凝器9的输出端设有第二温度传感器10；通过压力传感器及压力可视表5与温度传感器6、温度传感器10来监测压缩机4出口温度变化，从而保证冷凝器9出口冷媒为纯液态，以达到调节冷凝器9的负荷的作用，保持其最小负荷，节约电能。
45.所述化冰系统包括第一减压阀19、换热器20、第二单向阀21、第五温度传感器22、泵23、水池24、空温换热器25、第二减压阀26、第三单向阀27。
46.所述第二电动三通阀18的输出端通过所述第一减压阀19与换热器20的输入端连接，换热器20的输出端通过所述第二单向阀21与气液分离器2的输出端连接；所述换热器20通过所述泵23与水池24。所述水池24的水回收蒸发器中的冷媒冷量，可用于制冰，且本工艺系统中的热氟化冰比常规的更快，可缩短5～10％的制冰时间。
47.第二单向阀21与气液分离器2连接的管路上设有所述第五温度传感器22；
48.所述第一电动三通阀8的一端还连接有空温换热器25，所述空温换热器25通过第二减压阀26、第三单向阀27与分流头15的的输入端连接。通过第二减压阀26来调节冷媒进入制冰机蒸发器16的温度，从而避免冷媒温度过高而导致所制得的冰块有冰痕和裂纹。
49.所述工艺通过规定制冰时间来控制第一电动三通阀8及第二电动三通阀18的启闭，使得系统实现自控制冰/化冰功能，从而实现制冰、化冰更加方便、快捷，同时也节省了人工控制成本。
50.所述系统适用多种冷媒种类，包括co2与r22、r507、r410a等各类r类制冷剂、乙烷、丙烷等各类轻烃冷媒及其混合物冷媒。
51.以日产10t冰、2.2t/h的r22制冷剂为另一具体的实施例，如图1所示：
52.在制冰过程中：电动三通阀(8、18)处于关闭状态，2.2t/h的气态r22从气液分离器2中出来，进入到压缩机4中进行压缩，压力升高至1.6mpa，温度升高至104～115℃；经冷凝器冷凝后，温度降至40℃左右，接着进入膨胀阀11进行膨胀，膨胀后的r22压力降至0.23mpa，此时温度为-22℃；随后进入制冰机16制冰，制冰后的r22温度升高至-21℃左右，进入气液分离器2中完成循环。
53.在化冰过程中：电动三通阀(8、18)处于开启状态，2.2t/h的气态r22从气液分离器2中出来，进入到压缩机4中进行压缩，压力升高至1.6mpa，温度升高至104～115℃；随后进入空温换热器25降温至45℃左右，之后经减压阀26进行减压，压力降至0.8～1.6mpa，此时温度降至29～45℃，接着进入制冰机16中，此时制冰机16起到冷凝器作用，利用冷媒的热量
进行化冰；冷媒r22从制冰机16出来后，温度降至15～40℃，随后进入减压阀19中减压，压力降至0.23mpa，温度降低至-22℃左右，接着进入换热器20，与水池24中的水进行换热，换热后温度升高至-20℃以上，进入气液分离器2中完成循环。
54.本发明通过对制冰机进行技术升级以及对换热流道和工艺以及设备负荷调节的优化设计，弥补了目前制冰机存在制冰速度慢、耗材多、化冰不均匀等缺点。本发明不仅可以节省制冰所需时间，提高制冰效率，改善化冰效果。同时还可以减少金属材料消耗。此外，对制冰机进行强化传热研究既能节约资源、提高资源利用效率。
55.本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。