CN1120341C - 利用液体中固体颗粒所形成悬浮液的致冷系统 - Google Patents
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Abstract
一种致冷系统包括一个盛装由液态中带固体颗粒所形成的悬浮液的混合罐(32、37)，所述混合罐具有一个第一和第二入口以及一个出口。升华器(3)具有一个底部入口、一个顶部出口以及连接该入口和出口的多个内部通道，所述内部通道没有下降部分。第一管道(4)将混合罐(32、37)的出口通过一个泵(2)连接到升华器(3)的底部入口上，在泵和升华器(3)的入口之间没有下降部分。分离器(30、36)具有一个入口，以及顶部和底部出口。第二管道(7)将升华器(3)的出口与分离器(30、36)的入口连接，分离器(30、36)的底部出口与混合罐(32、37)的第一入口相互连接。压缩机(10)带有入口和出口，以及将分离器(30、36)的顶部出口与压缩机(10)的入口连接的管道，以及将压缩机(10)的出口连接到混合罐(32、37)的第二入口上的通道。
Description
背景技术
本发明涉及一种利用由液体中的固体颗粒所形成的悬浮液作为致冷剂的致冷系统。颗粒应当基本上不溶于该液体，并且能够在致冷系统的升华器(蒸发器)中所采用的温度和压力条件下升华。
DE-A-3004114描述了一种采用固态二氧化碳和松节油作为传输液的致冷系统。更具体地说，液态二氧化碳(脱水碳酸)在三相点下扩张，转化为二氧化碳颗粒(雪状)和蒸气。二氧化碳颗粒与松节油混合，所形成的悬浮液泵入到一个升华器(蒸发器)中，二氧化碳颗粒在这里至少部分升华，从而使升华器(蒸发器)冷却，这可以用来对空气致冷，例如，可以将食品冷冻和储存在低达约-60度到-80度的低温之下。
从蒸发器/升华器中出来的流液包含有松节油、二氧化碳蒸气和剩余的二氧化碳颗粒，将它们进行分离，使二氧化碳蒸气能够被吸入到一个压缩机中，并在冷凝器中转化到液体状态。此后将液态二氧化碳返回到混合罐中进行新的致冷循环。
发明内容
本发明的一个主要目的在于提高现有技术中升华系统的操作可靠性。
本发明的另一个目的在于提高这种改进系统的效率。
通过下面的描述，本发明的其他目的和优点将会显而易见。
本发明提供一种致冷系统，它包括：
盛装由液体中的可升华固态颗粒所形成的悬浮液的混合罐，所述混合罐具有第一和第二入口、以及一个出口；
升华器，它带有一个入口，一个出口，以及数个连接入口和出口的内部通道；
第一管道，它将混合罐的出口连接到升华器的入口上，以便向升华器供应由液体中的固体颗粒所形成的悬浮液；
具有入口以及顶部和底部出口的分离器；
第二管道，它将升华器的出口连接到分离器的入口上，以便将升华后的颗粒以及由液体中的仍然处于固体颗粒所形成的悬浮液从升华器中返回到分离器中，分离器的底部出口连接到混合罐的第一入口上，以便将液体中的固体颗粒所形成的悬浮液送回到混合罐中，分离器的顶部出口将升华的颗粒喷出；
连接到混合罐的第二入口上的装置用于补充从分离器的顶部出口喷出的升华固体颗粒；
还包括用于连续搅拌混合罐中的悬浮液的装置。
通过对混合罐中的悬浮液持续地搅拌，使固体颗粒粘结在一起的主要因素被消除。
尽管根据本发明的致冷系统可以由重力驱动，但是仍然可以将一个泵插入到第一管道中，以便将混合罐中的悬浮液泵入到升华器中，并通过该升华器。
根据本发明，该致冷系统最好还包括位于从泵到升华器之间管道中的非下降部分，以及数个位于升华器中的非下降通道，从而避免了固体颗粒从泵的出口到升华器的出口之间的粘结。
在一个最佳实施例中，混合罐带有一个连接到搅拌介质源的入口，搅拌介质最好是从第一管道中的泵出口流出的悬浮液本身。
固体颗粒最好由二氧化碳组成，液体最好是d-柠檬烯。这样就可能产生改进，使得致冷器更小，致冷速度更快，致冷容量更高，并且在升华器温度下致冷容量可调。此外升华器/蒸发器的低温减少了上面着霜，并且使系统停止而除霜的时间间隔延长。
附图简介
图1显示了本发明的致冷系统的最佳实施例的简图；
图2-4示意了分离器的其他实施例。
最佳实施例
在如图所示的系统中，利用二氧化碳作为致冷剂，d-柠檬烯作为传输介质，然而应当注意到本发明并不局限于这些物质，也可以采用具有相应性质的其他物质，例如，第一组分不溶于液体的第二组分，并且它在合适的致冷温度下能够升华，而第二组分在第一组分的升华温度下仍然为液态的。
参看图1，本发明的致冷系统包括一个混合罐和分离罐1、一个泵2、一个升华器/蒸发器盘管3、将混合罐和分离罐1的底部出口5通过泵2的入口和出口连接到蒸发器盘管的入口6上的一个管道4、还有一个将升华器/蒸发器盘管3的出口8与混合罐和分离罐1的入口9连接起来的管道7。
压缩机10有一个入口11和一个出口14，入口11通过管道13连接到混合罐和分离罐1的顶部出口12，出口14与冷凝器15相连，冷凝器15再连接到接收器16上，接收器16本身又通过阀18和管道19连接到混合罐和分离罐的底部入口17上。
热交换器20插入在管道13和19中，这样流过管道13的二氧化碳蒸气就被流过管道19的液态二氧化碳所加热了。对二氧化碳气体的这种过加热使得压缩机10的花费大大减小。
还可以有选择地提供一个供应罐21，根据需要额外供应液态二氧化碳，液态二氧化碳通过阀22进入到管道19中，通过阀18达到混合罐和分离罐1的底部入口17。最好是从供应罐21所供应的液态二氧化碳只是在所要求的液态二氧化碳的量大于压缩机的容量时才进行供应，例如在升华器/蒸发器的最大荷载时才供应。
管道23通过阀25将泵2的出口与混合罐和分离罐1的底部入口24连接起来。
所述致冷系统操作如下：混合罐和分离罐1装有由液体d-柠檬烯中的固体二氧化碳颗粒所形成的悬浮液。泵2通过混合罐和分离罐1的底部出口5从罐1中吸出悬浮液，这样将悬浮液通过管道4，流向升华器/蒸发器盘管3的入口6，通过线圈3到达出口8，再通过管道7流回到混合罐和分离罐1的出口9处。
用风扇将空气吹向蒸发器盘管3，使得夹带在d-柠檬烯传输流体中的固态二氧化碳颗粒在通过升华器/蒸发器盘管3时，升华成二氧化碳蒸气。根据本发明，进入到蒸发器盘管3中的致冷剂也即在d-柠檬烯传输液体中的二氧化碳颗粒所形成的悬浮液中的固态二氧化碳的浓度非常高，以至于从升华器/蒸发器盘管3的出口8中流出的流体中仍然存在有过量的固态二氧化碳颗粒。这些多余的固态二氧化碳颗粒确保了升华器/蒸发器盘管3在整个内部区域的致冷效率。
在本发明中，使得通过泵2流向并通过蒸发器的致冷剂通道呈上升或起码水平状，或者说非下降状态，就完全避免了固态二氧化碳粘结的危险。这样从泵2流向并通过升华器/蒸发器盘管3的过程中悬浮液的流动应当一直是向上的，或者起码是水平的。
此外，固态二氧化碳颗粒在混合罐和分离罐1中聚集的危险也可以通过部分悬浮液连续搅拌来消除，该部分悬浮液是通过泵2经管道23和阀25回流到混合罐和分离罐1的底部入口24中的。
应当理解这种搅动过程可以通过其他搅拌媒介以及如机械搅拌装置之类的其他搅拌装置来实现。
从升华器/蒸发器盘管3经管道7和入口9返回到混合罐和分离罐1中的致冷剂的组成为液态d-柠檬烯、固体二氧化碳颗粒和二氧化碳蒸气。入口9的位置最好在混合罐和分离罐1中悬浮液表面的上方，并恰好相切，这样，二氧化碳蒸气就通过直接向上的路径流向混合罐和分离罐1的顶部出口12，而d-柠檬烯液体和固态二氧化碳颗粒被喷射到该罐1中的悬浮液中。
压缩机10将基本干燥的二氧化碳蒸气从混合罐和分离罐1的顶部出口12经过管道13吸入到它的入口11中，二氧化碳气体在热交换器20进行了过加热，例如到达最起码50度，从而使压缩机10能够在合理的时间内安全操作。此外，这种过加热还可以使得压缩机的设计简单，造价低廉。从接收器16通过管道19和阀18并经过入口17返回的液态二氧化碳可以在热交换器20中作为加热介质。另一种方法是，在预冷却冷凝器15阶段使用的氨也可以作为热交换器20中的加热介质。
混合罐和分离罐1的入口7最好是一个底部入口，这样当液态二氧化碳从该处喷射并且转化为固态二氧化碳蒸气中时，它能够用作由液态柠檬烯中的固态二氧化碳所形成的悬浮液的激烈的搅拌介质。此外，由于液态二氧化碳的喷射可以是不连续的，这种喷射可以在其它位置进行，搅拌可以如上所述由其他搅拌机械来完成。应当注意到，大部分液态二氧化碳在导入到混合罐和分离罐1中时，已经转化成骤发气体形式了，这种骤发气体使得混合罐和分离罐1出口12处的压力上升。为了使压缩机10不至于过载，将阀26连接到出口12上，这样，当压力超过预定值时，就会从混合罐和分离罐1中将二氧化碳蒸气泄入大气中。
此外，在混合罐和分离罐1中的蒸气压力的瞬时值可以用来对阀18进行调节，使得该压力不超过预定限值。这样在混合罐和分离罐1中的压力值能够用作PID调节器的输入值，用于通过电机控制阀18的打开。
在混合罐和分离罐1中的致冷剂的二氧化碳浓度能够使得泵入到升华器/蒸发器3中的致冷剂带有较多的二氧化碳，从而高效地冷却升华器的所有内表面。
供入到升华器/蒸发器3的悬浮液中固态二氧化碳的浓度可以通过一个光敏装置27来控制，它产生一个信号指示所述的浓度，也就间接地表示悬浮液的混浊度，以便通过一个合适的控制系统28调节阀18，从而调节供应到混合罐1中的液态二氧化碳的流速。
作为另一种方法，升华器/蒸发器3的入口6和出口8之间的温差和/或压差可以作为控制系统28的控制输入，以便调节供入到混合罐1中的二氧化碳的流速。
在图1中，混合罐和分离罐1其上部包含有分离器，其下部用于混合固体二氧化碳颗粒和传输这些颗粒的液态盐水。然而这种分离和混合的功能可以采用基本分离的容器完美地进行，如图2-4所示。
在图2中混合罐和分离罐1’具有一个内漏斗形分隔壁29，它形成了上分离部分30的底部，它还具有一个底部出口31浸入在下部混合部分32的悬浮液中。通过入口17导入的液态二氧化碳大部分被蒸发，分隔壁29还带有一个切向出口33，用于平衡较低部分32和较高部分30之间的压力。这样在较低部分32处产生的骤发气体，通过喷嘴形的出口33，这样蒸气就在漏斗形上部30中切向加速。这样，在较低部分32中的悬浮液就被来自入口17的液态二氧化碳搅动，所形成的二氧化碳蒸气在通过顶部出口12返回到压缩机10之前就与所含的盐水滴离心分离了。
如图3所示，上部30中的直接出口33也可以用管34替代，管34有一个压力调节器35，从而使得在下部32和上部30之间可以存在一个预定的压差，从而将悬浮液从出口5推向泵2。当然，这个压差必须低于从上部30的漏斗形底部所流出的悬浮液柱产生的压力。
在图4所示的另一个实施例中，在第一分离容器36中，用于分离从升华器/蒸发器3经入口9回流的致冷剂，第二分离器37用于将固态二氧化碳颗粒和低温氨混合在一起。在图4中，出于与图3相同的目的，管道34和压力调节器35将第一管道和第二分离器36和37连接起来。
可以理解，在不背离权利要求所限定的本发明范围的前提下，可以对系统进行调整、替代或改变。上述的描述及附图是示意性的，而非限定性的。
例如可以采用下述结构：一种致冷系统，它包括：混合罐1、32、37的下部，用于盛装由液体中的固体、可升华颗粒所形成的悬浮液，所述混合罐带有第一入口在上部和下部1、31、之间和第二入口17以及出口5；升华器3，带有一个入口6、一个出口8以及连接入口6和出口8的多个内部通道；第一管道4，用于将混合罐1、32、37的下部的出口5与升华器3的入口6连接起来，用于向升华器供应由液体中固体颗粒所形成的悬浮液；分离器1、30、36的上部，它具有一个入口9和顶部12、底部出口在1、31的上部和下部之间；第二管道7，它将升华器3的出口8连接到分离器1、30、36的上部的入口9上，用于将包含有升华颗粒以及由液体中仍残留的固体颗粒所形成的悬浮液从升华器3返回到分离器中，分离器的底部出口在1、31的底部和上部之间连接到混合罐1、32、37的下部的第一入口在1、31、31、31、31的上部和下部之间传输，用于将由液体中的残余固体颗粒所形成的悬浮液返回到混合罐中，分离器的顶部出口12将已升华颗粒形成的气体喷出；连接到混合罐1、32、37的下部的第二入口17上的装置10、11、14-16、20补充以气体形式从分离器1、30、36的上部的顶部出口12喷出的升华固体颗粒；还包括装置23-25，用于持续搅拌混合罐1、32、37中的悬浮液。
Claims (23)
1、一种致冷系统，它包括：混合罐(32、37)，用于盛装由液体中的固体、可升华颗粒所形成的悬浮液，所述混合罐带有第一入口和第二入口(17)以及出口(5)；升华器(3)，带有一个入口(6)、一个出口(8)以及连接入口(6)和出口(8)的多个内部通道；第一管道(4)，用于将混合罐(32、37)的出口(5)与升华器(3)的入口(6)连接起来，用于向升华器供应由液体中固体颗粒所形成的悬浮液；分离器(30、36)，它具有一个入口(9)和顶部(12)、底部出口(31)；第二管道(7)，它将升华器(3)的出口(8)连接到分离器(30、36)的入口(9)上，用于将包含有升华颗粒以及由液体中仍残留的固体颗粒所形成的悬浮液从升华器(3)返回到分离器中，分离器的底部出口(31)连接到混合罐(32、37)的第一入口，用于将由液体中的残余固体颗粒所形成的悬浮液返回到混合罐中，分离器的顶部出口(12)将已升华颗粒形成的气体喷出；连接到混合罐(32、37)的第二入口(17)上的装置(10、11、14-16、20)补充以气体形式从分离器(30、36)的顶部出口(12)喷出的升华固体颗粒；还包括装置(23-25)，用于持续搅拌混合罐(32、37)中的悬浮液。
2、如权利要求1所述的一种致冷系统，其特征在于，混合罐(32、37)还有一个位于悬浮液平面下的入口(24)，它与搅拌介质源(2)连接。
3、如权利要求2所述的一种致冷系统，还包括位于第一管道(4)中的搅拌介质源(2)，用于将悬浮液从混合罐(32、37)抽往并通过升华器(3)，它有一个出口，该出口连接到混合罐(32、37)的所述入口(24)上。
4、如权利要求1所述的一种致冷系统，其特征在于，所述固体颗粒由二氧化碳组成，液体为低温盐水。
5、如权利要求4所述的一种致冷系统，其特征在于，液体为d-柠檬烯。
6、如权利要求4所述的一种致冷系统，其特征在于，二氧化碳流入到混合罐(32、37)中的流速是根据升华器(3)的入口(6)处的悬浮液温度与升华器出口(8)处的悬浮液温度之差来控制的。
7、如权利要求4所述的一种致冷系统，其特征在于，二氧化碳流入到混合罐(32、37)中的流速是根据升华器(3)的入口(6)处的悬浮液压力与升华器出口(8)处的悬浮液压力之差来控制的。
8、如权利要求6所述的一种致冷系统，其特征在于，二氧化碳流入到混合罐(32、37)中的流速是根据升华器(3)的入口(6)处的悬浮液压力与升华器出口(8)处的悬浮液压力的差值来控制的。
9、如权利要求3所述的一种致冷系统，其特征在于，在升华器(3)的入口(6)和搅拌介质源(2)之间的第一管道(4)没有下降部分。
10、如权利要求1所述的一种致冷系统，还包括一个压缩机(10)，它带有一个连接到分离器(30、36)的顶部出口(12)上的一个入口，以及一个连接到混合罐(32、37)的第二入口(17)上的一个出口。
11、如权利要求1所述的一种致冷系统，还包括一个液态二氧化碳供应罐(21)，它连接到混合罐(32、37)的第二入口(17)。
12、如权利要求11所述的一种致冷系统，还包括一个阀(22)，用于根据液态二氧化碳高于压缩机(10)容量的需求量来控制液态二氧化碳从供应罐(21)中的流速。
13、如权利要求12所述的一种致冷系统，还包括位于搅拌介质源(2)的出口上的固体二氧化碳浓度感测器(27)，用于控制供应到混合罐(32、37)的液态二氧化碳的流速。
14、如权利要求1所述的一种致冷系统，悬浮液中固体二氧化碳过量，从而使得从升华器(3)中流出的流体中也含有固体二氧化碳颗粒。
15、如权利要求1所述的一种致冷系统，其特征在于，分离器位于混合罐中。
16、如权利要求15所述的一种致冷系统，其特征在于，分离器的底部出口浸入在混合罐中的悬浮液中。
17、如权利要求16所述的一种致冷系统，其特征在于，分离器(30、36)有一个漏斗形的底部(29)。
18、如权利要求17所述的一种致冷系统，其特征在于，漏斗形底部(29)形成位于分离器和混合罐之间的分隔壁。
19、如权利要求15所述的一种致冷系统，其特征在于，分离器由混合罐的上部形成。
20、如权利要求1所述的一种致冷系统，其特征在于，分离器与混合罐的上部气体连通。
21、如权利要求4所述的一种致冷系统，还包括一个位于第一管道(4)中的搅拌介质源(2)，用于将悬浮液从混合罐(32、37)泵入到并通过升华器(3)，还包括一个压缩机(10)，它有一个连接到分离器(30、36)的顶部出口(12)上的入口以及一个连接到混合罐的第二入口(17)上的出口。
22、如权利要求21所述的一种致冷系统，还包括一个位于搅拌介质源(2)的出口处的固体二氧化碳浓度感测器(27)，用于控制供应到混合罐(32、37)的液态二氧化碳的流速。
23、如权利要求1或2或3或9或13或21或22所述的一种致冷系统，其特征在于，所述搅拌介质源(2)为泵。
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