利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置及其控制方法
【专利摘要】利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其中，蓄冷储水槽、过冷变量泵、过冷解除器与过冷器依次串联构成冰浆生成回路；冷凝器与过冷器连接，换热器设置在冷凝器一侧，同时换热器、定量泵与蓄热储水槽依次串联形成回路；并在过冷器与过冷解除器之间设置有套管式换热器，过冷解除器内设置有过冷换热器；蓄热储水槽的输出端设置有防堵变量泵，防堵变量泵的输出端依次设置有压力流量传感器和电磁阀，电磁阀分别与套管式换热器、过冷换热器连接；此外，在过冷器和套管式换热器之间、套管式换热器和过冷解除器之间、过冷解除器和蓄冷储水槽之间分别设置有压力流量传感器和温度传感器；通过对冰浆生产系统自身余热的回收，有效解决冰堵问题，性能稳定。
【专利说明】
利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及冰浆生产防堵技术领域，尤其涉及一种利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]冰浆是一种冰晶粒子与水的两相混合物，具有蓄能密度大、流动特性好、无污染的特点，在空调系统、工业冷却等领域广泛应用。过冷水法制备冰浆技术是一种间接制取流体冰的技术，其具有无机械运动部件、装置简单的特点，在使用过冷法制备冰浆的过程中，一方面，制冷系统的冷凝器会放出热量，易造成系统能量的损失；另一方面，过冷水在过冷器与过冷解除器之间的管段内壁易结晶而形成冰层，最后造成冰堵，进而迫使制冷系统运行中断。
[0003]目前，预防冰堵的主要方法是使用添加剂以改善管内壁冰晶结晶问题，其中，使用添加剂预防冰堵的机理是通过降低制冰流体的凝固温度来抑制过冷水结晶，同时减小冰晶颗粒粒径来减弱冰晶在壁面的粘附，但仍然无法完全抑制冰晶的形成和粘附，一旦冰晶粘附在壁面面，将不可避免的形成冰层;通过改善管内壁面情况可在一定程度上减少冰晶的粘附，但作用效果有限，冰层出现之后将失去效果。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置及其控制方法，以解决上述【背景技术】中的缺点。
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0006]利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，包括冷凝器、换热器、定量栗、蓄热储水槽、防堵变量栗、过冷解除器、套管式换热器、第一温度传感器、过冷器、第一压力流量传感器、过冷变量栗、第二压力流量传感器、第二温度传感器、电磁阀、蓄冷储水槽、过冷换热器、第三压力流量传感器、第四压力流量传感器及第三温度传感器;其中，蓄冷储水槽、过冷变量栗、过冷解除器与过冷器通过管道依次串联构成冰浆生成回路，过冷变量栗将蓄冷储水槽内的载冷剂输送至过冷器，载冷剂在过冷器内降温至过冷状态并经管道输送至过冷解除器解除过冷形成冰浆并最终经管道输送至蓄冷储水槽分离储存;冷凝器与过冷器连接，冷凝器用于对过冷器进行降温过冷，换热器设置在冷凝器一侧，通过换热器对冷凝器产生的热量进行回收，同时换热器、定量栗与蓄热储水槽通过管道依次串联形成回路，由定量栗对换热器回收的热量进行循环处理存储于蓄热储水槽内，以备后续消除冰堵部分使用;并在过冷器与过冷解除器相连接的管道上设置有套管式换热器，套管式换热器用于向该部分管道进行热传递进而解除管道内壁出现的冰冻，过冷解除器内设置有过冷换热器，过冷换热器用于向过冷解除器进行热传递进而解除过冷解除器出现的冰冻；蓄热储水槽通向温控防冰堵的输出端设置有防堵变量栗，防堵变量栗的输出端依次设置有第四压力流量传感器和电磁阀，电磁阀分别与套管式换热器、过冷换热器连接，且套管式换热器一端与过冷换热器连接，另一端与蓄热储水槽连接;此外，在过冷器和套管式换热器之间依次设置有第一温度传感器和第一压力流量传感器，在套管式换热器和过冷解除器之间依次设置有第三压力流量传感器和第二温度传感器，在过冷解除器和蓄冷储水槽之间设置有第二压力流量传感器和第三温度传感器。
[0007]在本发明中，冷凝器与过冷器之间串联有流量调节阀，用于调节冷凝器与过冷器之间的冷却液体流量。
[0008]在本发明中，冷凝器与过冷器之间串联有排液阀，用于排出多余冷却液体。
[0009]在本发明中，过冷换热器的出口端设置有止回阀，且止回阀的单向出口端与套管式换热器的出口端连接。
[0010]在本发明中，套管式换热器为单向出口，且套管式换热器通过单向出口与蓄热储水槽连接。
[0011 ]在本发明中，电磁阀为两位三通电磁阀。
[0012]在本发明中，电磁阀内设置有切换输出端。
[0013]利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的控制方法如下:
[0014]通过第一温度传感器和第一压力流量传感器实时检测流经套管式换热器前端的载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，第二温度传感器和第三压力流量传感器实时检测流经套管式换热器末端的载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，第二压力流量传感器和第三温度传感器实时检测流经过冷解除器末端载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，在制备冰浆时，中央控制系统分别对套管式换热器与过冷解除器两端的压差和温差进行实时检测，并对检测的数据进行分析后发出控制指令，以控制防堵变量栗、过冷变量栗及电磁阀的运行状态；当制备冰浆正常工作时，电磁阀处于常开状态，防堵变量栗处于中位零排量输出状态；当流经套管式换热器的管道内壁产生积冰时，因节流面积发生变化，从而导致单位时间流经相同流量而前后压差发生变化，由此节流产生温差变化，中央控制系统根据实际检测的压差和温差变化值，实时发出指令改变防堵变量栗的运行状态，将温控液体经电磁阀栗送至套管式换热器，从而解除管道内壁的积冰，且中央控制系统根据压力差、温度差和时间变化曲线，实时调节防堵变量栗的排量状态，以获得最优化的解冻效果，温控液体经套管式换热器的单向出口回流至蓄热储水槽内；同样，当流经过冷解除器的载冷剂前后压差和温差发生变化时，中央控制系统根据压差和温差变化值，实时发出指令改变防堵变量栗的运行状态，同时控制电磁阀的切换输出端，将温控液体栗送至过冷解除器，从而解除过冷解除器内的积冰，且中央控制系统根据压力差、温度差和时间变化曲线，实时调节防堵变量栗的排量状态，以获得最优化的解冻效果，温控液体经过冷换热器的出口端和止回阀单向回流至套管式换热器的出口处，并经同一管道回流至蓄热储水槽内；当中央控制系统检测到过冷解除器和套管式换热器两端的压差和温差均发生变化时，中央控制系统将控制电磁阀的切换状态，并对比过冷解除器和套管式换热器两端的压差和温差进而延缓相应的切换时间，以得到最优化的解冻效果，从而确保制备冰浆的正常运行，当管道内壁结冰导致系统检测压差和温差达到极限时，中央控制系统发出指令降低过冷变量栗的排量直至零位，以避免冰堵进一步扩大化。
[0015]有益效果:本发明通过在现有的冰浆生产系统上加装余热回收与防冰堵装置，同时通过调节流经套管式换热器的热水流量来控制过冷器与过冷解除器之间管段合适的壁面温度，以预防过冷水在管内壁面结晶而形成冰层，从而实现对冰浆生产系统自身余热的回收利用，有效解决了过冷法生产冰浆过程中容易发生冰堵的问题，结构简单，性能稳定，进而创造出更高的经济效益。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0018]参见图1的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，包括冷凝器1、换热器2、定量栗3、蓄热储水槽4、防堵变量栗5、过冷解除器6、套管式换热器7、第一温度传感器8、过冷器9、第一压力流量传感器1、过冷变量栗11、止回阀12、第二压力流量传感器13、第二温度传感器14、两位三通电磁阀15、蓄冷储水槽16、过冷换热器17、第三压力流量传感器18、第四压力流量传感器19及第三温度传感器20。
[0019]在本实施例中，蓄冷储水槽16、过冷变量栗11、过冷解除器6与过冷器9通过管道依次串联构成冰浆生成回路，过冷变量栗11将蓄冷储水槽16内的载冷剂输送至过冷器9，载冷剂在过冷器9内降温至过冷状态并经管道输送至过冷解除器6解除过冷形成冰浆并最终经管道输送至蓄冷储水槽16分离储存;冷凝器I与过冷器9连接，冷凝器I用于对过冷器9进行降温过冷，并通过换热器2对冷凝器I产生的热量进行回收，同时换热器2、定量栗3和蓄热储水槽4通过管道依次串联形成回路，由定量栗3对换热器2回收的热量进行循环处理存储于蓄热储水槽4内，以备后续消除冰堵部分使用。连接过冷器9和过冷解除器6的管道上设置有套管式换热器7，套管式换热器7用于向该部分管道进行热传递进而解除管道内壁出现的冰冻，在过冷解除器6内设置有过冷换热器17，过冷换热器17用于向过冷解除器6进行热传递进而解除过冷解除器6出现的冰冻，蓄热储水槽4通向温控防冰堵的输出端设置有防堵变量栗5，防堵变量栗5的输出端依次设置有第四压力流量传感器19和两位三通电磁阀15，两位三通电磁阀15有两个输出端口，分别与套管式换热器7、过冷换热器17的入口连接，过冷换热器17的出口端设置有止回阀12，且止回阀12的单向出口端连接套管式换热器7的出口端，套管式换热器7的单向出口端连接蓄热储水槽4，在过冷器9和套管式换热器7之间依次设置有第一温度传感器8和第一压力流量传感器10，在套管式换热器7和过冷解除器6之间依次设置有第三压力流量传感器18和第二温度传感器14，在过冷解除器6和蓄冷储水槽16之间设置有第二压力流量传感器13和第三温度传感器20。
[0020]具体控制方法如下:
[0021 ]第一温度传感器8和第一压力流量传感器10实时检测流经套管式换热器7前端的载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，第二温度传感器14和第三压力流量传感器18实时检测流经套管式换热器7末端(也是进入过冷解除器6前端)的载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，第二压力流量传感器13和第三温度传感器20实时检测流经过冷解除器6末端载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，在制备冰浆时，中央控制系统分别对套管式换热器7和过冷解除器6两端的压差和温差进行实时检测，并对检测的数据进行分析后发出控制指令，以控制防堵变量栗5、过冷变量栗11和两位三通电磁阀15的运行状态；当制备冰浆正常工作时，两位三通电磁阀15处于常开状态，防堵变量栗5处于中位零排量输出状态，当流经套管式换热器7的管道内壁产生积冰时，因节流面积发生变化，进而导致单位时间流经相同流量而前后压差发生变化，由此节流产生温差变化，中央控制系统根据实际检测的压差和温差变化值，实时发出指令改变防堵变量栗5的运行状态，将温控液体经两位三通电磁阀15栗送至套管式换热器7，从而解除管道内壁的积冰，且中央控制系统根据压力差、温度差和时间变化曲线，实时调节防堵变量栗5的排量状态，以获得最优化的解冻效果;温控液体经套管式换热器7的出口端回到蓄热储水槽4内；同样，当流经过冷解除器6的载冷剂前后压差和温差发生变化时，中央控制系统根据压差和温差变化值，实时发出指令改变防堵变量栗5的运行状态，同时控制两位三通电磁阀15切换输出端，将温控液体栗送至过冷解除器6，从而解除过冷解除器6内的积冰，且中央控制系统根据压力差、温度差和时间变化曲线，实时调节防堵变量栗5的排量状态，以获得最优化的解冻效果，温控液体经17的出口端和止回阀12单向回流至套管式换热器7的出口处，并经同一管道回流至蓄热储水槽4内；当中央控制系统检测到过冷解除器6和套管式换热器7两端的压差和温差均发生变化时，中央控制系统将控制15的切换状态，并对比过冷解除器6和套管式换热器7两端的压差和温差进而延缓相应的切换时间，以得到相互最优化的解冻效果，从而确保过冷法冰浆制备部分的正常运行，当管道内壁结冰导致系统检测压差和温差达到极限时，中央控制系统将发出指令降低过冷变量栗11的排量，必要时可将排量置零位，以避免冰堵进一步扩大化。
[0022]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，包括冷凝器、换热器、定量栗、蓄热储水槽、防堵变量栗、过冷解除器、套管式换热器、第一温度传感器、过冷器、第一压力流量传感器、过冷变量栗、第二压力流量传感器、第二温度传感器、电磁阀、蓄冷储水槽、过冷换热器、第三压力流量传感器、第四压力流量传感器及第三温度传感器;其特征在于，蓄冷储水槽、过冷变量栗、过冷解除器与过冷器通过管道依次串联构成冰浆生成回路，过冷变量栗将蓄冷储水槽内的载冷剂输送至过冷器，载冷剂在过冷器内降温至过冷状态并经管道输送至过冷解除器解除过冷形成冰浆并最终经管道输送至蓄冷储水槽分离储存;冷凝器与过冷器连接，换热器设置在冷凝器一侧，同时换热器、定量栗与蓄热储水槽通过管道依次串联形成回路;并在过冷器与过冷解除器相连接的管道上设置有套管式换热器，过冷解除器内设置有过冷换热器;蓄热储水槽通向温控防冰堵的输出端设置有防堵变量栗，防堵变量栗的输出端依次设置有第四压力流量传感器和电磁阀，电磁阀分别与套管式换热器、过冷换热器连接，且套管式换热器一端与过冷换热器连接，另一端与蓄热储水槽连接;此外，在过冷器和套管式换热器之间依次设置有第一温度传感器和第一压力流量传感器，在套管式换热器和过冷解除器之间依次设置有第三压力流量传感器和第二温度传感器，在过冷解除器和蓄冷储水槽之间设置有第二压力流量传感器和第三温度传感器。2.根据权利要求1所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其特征在于，冷凝器与过冷器之间串联有流量调节阀。3.根据权利要求1所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其特征在于，冷凝器与过冷器之间串联有排液阀。4.根据权利要求1所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其特征在于，过冷换热器的出口端设置有止回阀，且止回阀的单向出口端与套管式换热器的出口端连接。5.根据权利要求1所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其特征在于，套管式换热器为单向出口，且套管式换热器通过单向出口与蓄热储水槽连接。6.根据权利要求1所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其特征在于，电磁阀为两位三通电磁阀。7.根据权利要求1所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置，其特征在于，电磁阀内设置有切换输出端。8.根据权利要求1?7任一项所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置的控制方法，其特征在于，通过第一温度传感器和第一压力流量传感器实时检测流经套管式换热器前端的载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，第二温度传感器和第三压力流量传感器实时检测流经套管式换热器末端的载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，第二压力流量传感器和第三温度传感器实时检测流经过冷解除器末端载冷剂的压力、流量及温度，并将检测的数据实时传输给中央控制系统，在制备冰浆时，中央控制系统分别对套管式换热器与过冷解除器两端的压差和温差进行实时检测，并对检测的数据进行分析后发出控制指令，以控制防堵变量栗、过冷变量栗及电磁阀的运行状态；当制备冰浆正常工作时，电磁阀处于常开状态，防堵变量栗处于中位零排量输出状态；当流经套管式换热器的管道内壁产生积冰时，因节流面积发生变化，从而导致单位时间流经相同流量而前后压差发生变化，由此节流产生温差变化，中央控制系统根据实际检测的压差和温差变化值，实时发出指令改变防堵变量栗的运行状态，将温控液体经电磁阀栗送至套管式换热器，从而解除管道内壁的积冰，温控液体经套管式换热器的单向出口回流至蓄热储水槽内；同样，当流经过冷解除器的载冷剂前后压差和温差发生变化时，中央控制系统根据压差和温差变化值，实时发出指令改变防堵变量栗的运行状态，同时控制电磁阀的切换输出端，将温控液体栗送至过冷解除器，从而解除过冷解除器内的积冰，温控液体经过冷换热器的出口端和止回阀单向回流至套管式换热器的出口处，并经同一管道回流至蓄热储水槽内；当中央控制系统检测到过冷解除器和套管式换热器两端的压差和温差均发生变化时，中央控制系统将控制电磁阀的切换状态，并对比过冷解除器和套管式换热器两端的压差和温差进而延缓相应的切换时间，以得到最优化的解冻效果，从而确保制备冰浆的正常运行，当管道内壁结冰导致系统检测压差和温差达到极限时，中央控制系统发出指令降低过冷变量栗的排量直至零位。9.根据权利要求8所述的利用余热预防过冷法生产冰浆冰堵的装置的控制方法，其特征在于，中央控制系统根据套管式换热器与过冷解除器两端的压力差、温度差和时间变化曲线，实时调节防堵变量栗的排量状态，以获得最优化的解冻效果。
【文档编号】F25B40/02GK105928273SQ201610244699
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】刘志强, 唐艺芳, 蔡玲玲, 康威, 徐丹
【申请人】中南大学