一種可提高蒸發(fā)器效率的海水流化冰設(shè)備的制作方法

本發(fā)明屬于水產(chǎn)保鮮設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可提高蒸發(fā)器效率的海水流化冰設(shè)備。

背景技術(shù)：

海水產(chǎn)品的肌肉組織脆弱、含水量高、自溶速度快，比一般的動(dòng)物性肉組織更易腐敗。在食品保鮮中，溫度是最重要的影響因素，因此主流的海水產(chǎn)品保鮮方式為低溫保鮮，但現(xiàn)有的、應(yīng)用較為廣泛的水產(chǎn)品低溫保鮮技術(shù)(如冷藏、冷海水、冰溫、凍結(jié)等)均存在著一定的缺陷，主要問題集中在：對(duì)海水產(chǎn)品組織細(xì)胞的破壞、對(duì)保鮮溫度的控制性差等方面。

流化冰技術(shù)是一種含有大量懸浮冰晶粒子的固液兩相溶液，其冰晶粒子直徑一般不超過1.0mm(最新獲得的流化冰直徑為20.0um)，傳熱效率高、流動(dòng)性強(qiáng)，可以利用泵輸送，是近幾年國(guó)際上興起了一種新型蓄冷技術(shù)，但目前主要應(yīng)用集中在建筑的冰蓄冷空調(diào)、礦井降溫等領(lǐng)域。

流化冰的顆粒圓潤(rùn)，沒有棱角，不會(huì)破壞水產(chǎn)品表面，且直徑細(xì)小，能夠進(jìn)入微小孔徑，將水產(chǎn)品完全包裹，起到良好的密封效果，同時(shí)大量冰晶顆粒聚集在一起，可達(dá)到很高的冰表面積比，傳熱效率提高、冷卻水產(chǎn)品速度快。

制取流化冰的方式多樣，如公告號(hào)cn102183109a，公告日為2011年9月14日的中國(guó)發(fā)明專利就公開了一種制取顆粒冰的方法及其裝置，但該專利是將載冷氣流直接噴入流化床中，同時(shí)通過霧化噴嘴向流化床中噴入霧化水滴，霧化水滴被低溫氣流冷卻而凍結(jié)成顆粒冰，即在制冰過程冷凝劑與流化冰直接接觸，該方法可以用于建筑空調(diào)、礦井降溫等工業(yè)領(lǐng)域，但在海水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域，由于制得的流化冰與海水產(chǎn)品直接接觸，流化冰不能含有非食品級(jí)的物質(zhì)，因此該方法不能適用。

又如公告cn102538331a，公告日為2012年7月4日的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種從真空法流態(tài)冰制取室中取出流態(tài)冰方法與裝置，無需從制冰系統(tǒng)中輸出冰漿后的周期性地抽真空過程，但該方法僅適用于自來水等單一物質(zhì)，當(dāng)制取海水流化冰時(shí)，由于海水濃度的變化，該裝置不能適用。

目前利用流化冰對(duì)海水產(chǎn)品進(jìn)行保鮮的研究尚不成熟，例如公告號(hào)cn201589481u，公告日為2010年9月22日的中國(guó)實(shí)用新型專利就公開了一種利用海水制取流化冰的系統(tǒng)，其中換熱器制取流化冰之后，通過流化冰泵送入儲(chǔ)冰罐中，海水與冰晶的混合物經(jīng)過儲(chǔ)冰罐中的過濾網(wǎng)過濾后，海水從海水出口截止閥排入海中。

但是，由于使用的換熱器換熱效率不高，換熱量小，在同樣的換熱量下設(shè)備龐大。若對(duì)換熱器進(jìn)行研究改進(jìn)，使其換熱效率成倍增長(zhǎng)，則設(shè)備的整體熱效率及總體積均得到優(yōu)化。因此，需要一種適用于遠(yuǎn)洋漁船捕撈作業(yè)、換熱效率高、體積小的海水流化冰系統(tǒng)亟待開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出了一種可提高蒸發(fā)器效率的海水流化冰設(shè)備。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種可提高蒸發(fā)器效率的海水流化冰設(shè)備，包括：

壓縮機(jī)，其用于將冷凝劑壓縮成冷凝劑蒸汽；

冷凝器，其與所述壓縮機(jī)連接，所述冷凝器內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)，冷凝劑蒸汽經(jīng)過所述冷凝器后形成液態(tài)的冷凝劑；

制冰模塊，其與所述冷凝器連接，所述制冰模塊與海水連通，并且所述海水經(jīng)過液態(tài)的冷凝劑冷卻后形成流化冰。

較佳的，還包括海水凈化模塊，所述海水凈化模塊與所述制冰模塊連接，用于過濾海水并輸送至所述制冰模塊內(nèi)。

較佳的，所述制冷模塊為換熱器，所述換熱器包括制冰桶以及制冷管，所述制冷管為半圓銅管且其與所述制冰桶的外壁緊密貼合，所述制冰桶與所述海水凈化模塊連接，所述制冷管用于接收冷凝劑。

較佳的，所述制冷管內(nèi)設(shè)置有納米顆粒，所述納米顆粒用于強(qiáng)化冷凝劑的內(nèi)部能量傳遞。

較佳的，所述制冷管內(nèi)設(shè)置有泡沫金屬，所述泡沫金屬用于增強(qiáng)冷凝劑與海水的熱交換效率。

較佳的，還包括與所述換熱器連接的保溫蓄冰槽，所述換熱器制得的流化冰輸送至所述保溫蓄冰槽內(nèi)保存。

較佳的，所述制冰桶的內(nèi)壁上設(shè)置有擾流板，所述擾流板用于使冷熱流體發(fā)生直接熱交換。

較佳的，所述冷凝器與所述換熱器之間設(shè)置有貯液器、干燥器以及膨脹閥，所述冷凝器處理后形成的液態(tài)冷凝劑依次通過所述貯液器、所述干燥器以及所述膨脹閥進(jìn)入所述制冷管中。

較佳的，所述壓縮機(jī)與所述冷凝器之間設(shè)置有油分離器。

較佳的，還包括數(shù)據(jù)采樣器，所述數(shù)據(jù)采樣器上連接有熱電偶，所述熱電偶設(shè)置在所述保溫蓄冰槽內(nèi)用于測(cè)量流化冰的溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、提供了一種可以提高蒸發(fā)器效率的海水流化冰設(shè)備，該設(shè)備能夠提高單位換熱量，使得海水充分得到冷凝，并且還具有體積小，換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。

2、海水凈化模塊能夠凈化海水，防止從海中直接抽取的海水雜質(zhì)過多而損壞設(shè)備，并且經(jīng)過過濾的海水制成的流化冰較好。

3、制冷管結(jié)構(gòu)為半圓管道，這樣能夠增大它的換熱效率，半圓管道耗材少，所占空間小，可以縮小制冰桶的體積，半圓管道外有更多空間用于填充絕熱材料，減少冷凝劑與外界熱量的交換，極大增強(qiáng)了制冰筒與制冷管之間的換熱面積，使冷凝劑充分與桶壁接觸，迅速帶走海水熱量促進(jìn)海水結(jié)冰。

4、加入的納米顆粒使得粒子之間的能量傳遞增強(qiáng)，而且溫度的升高促進(jìn)基液中納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)更加強(qiáng)烈，粒子間碰撞的機(jī)率變大了，能量傳遞也隨之增加，從而促進(jìn)納米顆粒導(dǎo)熱能力的提高，簡(jiǎn)單來說，就是提高了蒸發(fā)器的效率。

5、泡沫金屬的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)冷凝劑沸騰換熱特性的影響很大。對(duì)于相同孔隙率的泡沫金屬，隨著孔徑的減小，一方面，泡沫金屬的比表面積逐漸增大，進(jìn)而對(duì)換熱起增強(qiáng)作用；另一方面，泡沫金屬對(duì)氣泡生長(zhǎng)過程的抑制作用也逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)換熱起了很大的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的海水流化冰設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的制冷管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a為本發(fā)明的填充5ppi泡沫金屬銅50mm測(cè)試截面的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)折線圖；

圖4b為本發(fā)明的填充5ppi泡沫金屬銅100mm測(cè)試截面的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)折線圖；

圖4c為本發(fā)明的填充5ppi泡沫金屬銅150mm測(cè)試截面的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)折線圖；

圖4d為本發(fā)明的填充10ppi泡沫金屬銅50mm測(cè)試截面的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)折線圖；

圖4e為本發(fā)明的填充10ppi泡沫金屬銅100mm測(cè)試截面的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)折線圖；

圖4f為本發(fā)明的填充10ppi泡沫金屬銅150mm測(cè)試截面的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)折線圖；

圖5a為本發(fā)明的不同泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)efmf的影響數(shù)據(jù)圖；

圖5b為本發(fā)明的不同泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)efmf的影響數(shù)據(jù)圖；

圖5c為本發(fā)明的不同泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)efmf的影響數(shù)據(jù)圖；

圖5d為本發(fā)明的不同泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)efmf的影響數(shù)據(jù)圖；

圖5e為本發(fā)明的不同泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)efmf的影響數(shù)據(jù)圖；

圖5f為本發(fā)明的不同泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)efmf的影響數(shù)據(jù)圖；

圖6a為本發(fā)明的兩種制冷劑傳熱系數(shù)的對(duì)比圖；

圖6b為本發(fā)明的納米流體濃度與換熱性能的關(guān)系的對(duì)比圖。

圖中，100、壓縮機(jī)；110、油分離器；200、冷凝器；210、貯液器；300、干燥器；400、膨脹閥；500、換熱器；510、制冰桶；511、擾流板；520、制冷管；521、泡沫金屬；600、海水凈化模塊；700、保溫蓄冰槽；800、數(shù)據(jù)采樣器；810、熱電偶。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

如圖1、圖2、圖3所示，一種可提高蒸發(fā)器效率的海水流化冰設(shè)備，包括：壓縮機(jī)100、冷凝器200以及制冰模塊，從而將海水制成流化冰。

在海水流化冰設(shè)備的制冷系統(tǒng)中，低溫低壓的冷凝劑首先經(jīng)過壓縮機(jī)100壓縮，形成高溫高壓的冷凝劑蒸汽，排入冷凝器200，由于冷凝器200內(nèi)通入常溫海水冷卻介質(zhì)，冷凝劑熱量傳給冷卻介質(zhì)，此時(shí)冷凝劑由于放出熱量由氣體冷凝為液體，經(jīng)過節(jié)流降壓、降溫后進(jìn)入制冰模塊中，并吸收通入制冰模塊的海水的熱量，冷凝劑被汽化，吸入壓縮機(jī)100內(nèi)，至此完成一個(gè)制冷循環(huán)。

其中，壓縮機(jī)100其用于將低溫低壓的冷凝劑壓縮成高溫高壓的冷凝劑蒸汽。

冷凝器200與所述壓縮機(jī)100連接，所述冷凝器200內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)，高溫高壓的冷凝劑蒸汽經(jīng)過所述冷凝器200后形成液態(tài)的冷凝劑；進(jìn)一步的說，就是高溫高壓的冷凝劑，遇到溫度較低的介質(zhì)時(shí)，其熱量被傳遞到冷卻介質(zhì)上，從而由氣態(tài)冷凝成液體，實(shí)現(xiàn)從高溫變低溫的過程。

制冰模塊是比較核心的部件，能夠?qū)⒑Ｋ鋮s成流化冰，制冰模塊與所述冷凝器200連接，所述制冰模塊與海水連通，并且所述海水經(jīng)過低溫低壓的冷凝劑冷卻后形成流化冰；其具體工作原理為：實(shí)用低溫的液態(tài)冷凝劑與海水進(jìn)行熱交換，使海水降溫形成流化冰。

此處還值得指出的是，蒸發(fā)器實(shí)際上就是制冰模塊中的管路部分，確切的說，就是冷凝劑的管道；提高蒸發(fā)器效率就是提高冷凝劑管道的熱交換效率，并且該設(shè)備能夠提高單位換熱量，使得海水充分得到冷凝，并且還具有體積小，換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)；并且體積小，適用于遠(yuǎn)洋漁船捕撈。

如圖1所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，還包括海水凈化模塊600，所述海水凈化模塊600與所述制冰模塊連接，用于過濾海水并輸送至所述制冰模塊內(nèi)，海水凈化模塊600能夠凈化海水，防止從海中直接抽取的海水雜質(zhì)過多而損壞設(shè)備，并且經(jīng)過過濾的海水制成的流化冰較好。

如圖1、圖2所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述制冷模塊為換熱器500，所述換熱器500包括制冰桶510以及制冷管520，所述制冷管520為半圓銅管且其與所述制冰桶510的外壁緊密貼合，所述制冰桶510與所述海水凈化模塊600連接，所述制冷管520用于接收冷凝劑。

并且制冷管520外還可以覆蓋保溫層，從而避免冷量流失，進(jìn)一步的說，就是能夠防止外界的熱量與冷凝劑交換。

換熱器500是影響換熱效率的重要部件，換熱效率低是目前流化冰制備時(shí)的常見問題，制冰機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)換熱器500換熱量小，熱損失嚴(yán)重，能源消耗大，因此需要一種高效的，大換熱量的換熱器500迫在眉睫，本實(shí)施例中的換熱器500優(yōu)選為夾套式換熱器500或者套筒式換熱器500。

現(xiàn)有的制冷管520均為圓形管道，是一種常用的換熱設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造、安裝、清洗和維修方便，又特別適用于高壓流體的冷卻/冷凝，所以現(xiàn)代仍是市場(chǎng)的主力。在流化冰制取設(shè)備中圓形管道環(huán)繞在制冰桶510外側(cè)，圓形管道中通有冷凝劑。

通過管壁與圓形管道的接觸，海水中的熱量被冷凝劑蒸發(fā)吸熱所帶走。海水和冷凝劑之間的傳熱以自然對(duì)流方式進(jìn)行，所以傳熱系數(shù)低，并且圓形管道與制冰桶510的接觸面積很小，將其展開發(fā)現(xiàn)，其接觸面可近似看為一條直線。

而本實(shí)施方式中的制冷管520，其結(jié)構(gòu)為半圓管道，這樣能夠增大它的換熱效率，半圓管道耗材少，所占空間小，可以縮小制冰桶510的體積，半圓管道外有更多空間用于填充絕熱材料，減少冷凝劑與外界熱量的交換，極大增強(qiáng)了制冰筒與制冷管520之間的換熱面積，使冷凝劑充分與桶壁接觸，迅速帶走海水熱量促進(jìn)海水結(jié)冰。

對(duì)比光滑圓管與半圓銅管的對(duì)比計(jì)算中，設(shè)蒸發(fā)壓力為995.0kpa，質(zhì)量密度10.0-30.0kg/(cm2·s)，熱流密度3.1-9.3kw/m2，入口干度為0.2-0.8。圓銅管的直徑為d、長(zhǎng)度為l、面積用a1表示。半圓管的直徑為d、長(zhǎng)度為l、面積用a2表示。

圓銅管在與管壁接觸的過程中，接觸的實(shí)際面積為a3＝0.1a1。已知：銅的導(dǎo)熱系數(shù)

λ1＝400.0w/(m·k)；鐵的導(dǎo)熱系數(shù)λ2＝80.0w/(m·k)；空氣的換熱系數(shù)h2＝5.0w/(m2·k)；圓管純制冷劑的沸騰換熱系數(shù)h1；半圓管純制冷劑的沸騰換熱系數(shù)h2；海水的換熱系數(shù)為h3＝4000w/(m2·k)；φ1為圓管與壁面間的換熱量；φ2為半圓管與壁面間的換熱量；t1為海水溫度：20.0℃；t2為制冷劑溫度：-20.0℃。

q1＝5w/m²q2＝6.1w/m²

tw＝-15℃tsat＝-35℃

通過對(duì)比計(jì)算發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于圓形管道的換熱量，半圓形管道的換熱量為圓形管道的1.5倍。在此基礎(chǔ)上，輔以章節(jié)1.2，2.3中的研究成果，即：在管道中添加10ppi的泡沫金屬可以使換熱系數(shù)達(dá)到最大；添加納米流體可以起到強(qiáng)化換熱的效果，且隨納米流體濃度的增大，換熱效果越好，若是在泡沫金屬管道中，這種強(qiáng)化效果會(huì)更為顯著，熱量增大了180％，換熱效率提高了200％。

關(guān)于換熱器的換熱模型，假設(shè)平壁面積為a，一側(cè)為溫度的熱流體，一側(cè)為溫度的冷流體，兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1，h2，壁的導(dǎo)熱系數(shù)為λ1，厚度為δ1，若在平壁上加上銅管，厚度為δ2，導(dǎo)熱系數(shù)為λ2，求傳熱量之比。

壁面溫度為tw1和tw2：

穩(wěn)態(tài)情況下，三式熱流密度q相等

整理

φ1＝qa＝k1(tf1-tf2)

若加上銅管

φ2＝k2a(tf1-tf2)

即k2＜＜k1

φ1＞＞φ2

由此可知夾套式換熱器的換熱量要遠(yuǎn)大于套筒式換熱器的換熱量。

夾套式換熱器的壁面相較于光滑圓管來說較為粗糙而粗糙的壁面有利于增加近壁區(qū)流體的湍流度，減小層流底層的厚度。當(dāng)粗糙元的高度超過層流底層的厚度時(shí)，增加對(duì)流傳熱效果更為明顯，由于層流底層的厚度很薄，僅3.0mm左右，各種砂粒型的粗糙表面就能起作用。如果用機(jī)械加工成各種形狀和尺寸不相同溝槽使固體表面粗糙化，效果將會(huì)更好。

如圖2、圖3所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述制冷管520內(nèi)設(shè)置有納米顆粒，所述納米顆粒用于強(qiáng)化冷凝劑的內(nèi)部能量傳遞。

在流化冰制備過程中，換熱器500設(shè)備起到至關(guān)重要的作用，其性能好壞、換熱量大小、制造工藝及生產(chǎn)成本均對(duì)整套設(shè)備的使用影響重大。海水溶液結(jié)晶是一種常見的相變現(xiàn)象，在結(jié)晶的過程中如何提高制冰筒的換熱量及換熱效率有著重要意義。

如：提高換熱器500的換熱效率可以減小實(shí)際能源消耗。而在流化冰制備過程中通過改變換熱器500種類、優(yōu)化換熱器500管型以及在換熱器500中添加泡沫金屬銅介質(zhì)和納米金屬顆粒均可提高換熱器500的換熱量和熱效率。

納米顆粒是將金屬或非金屬納米顆粒分散到傳統(tǒng)換熱介質(zhì)中(主要包括水、醇、油等介質(zhì))，形成均一穩(wěn)定并具有較高導(dǎo)熱性能的新型換熱工質(zhì)。

1995年，美國(guó)argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的choi首次提出“納米流體”的概念，相對(duì)于液體的導(dǎo)熱系數(shù)，固體顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)大的多，因此添加了納米顆粒的工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和對(duì)流換熱性能會(huì)顯著的提高。

納米顆粒在冷凝劑管道中發(fā)生相變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱量的傳輸。關(guān)于納米流體的沸騰傳熱機(jī)制，傳熱增強(qiáng)效應(yīng)是指將納米顆粒添加在液體中，可以強(qiáng)化液體內(nèi)部的能量傳遞，從而強(qiáng)化納米顆粒的沸騰換熱性能。

一般納米顆粒比傳統(tǒng)導(dǎo)熱流體導(dǎo)熱系數(shù)高，是由于加入的納米顆粒使得粒子之間的能量傳遞增強(qiáng)，而且溫度的升高促進(jìn)基液中納米顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)更加強(qiáng)烈，粒子間碰撞的機(jī)率變大了，能量傳遞也隨之增加，從而促進(jìn)納米顆粒導(dǎo)熱能力的提高；另外，納米顆粒的熱導(dǎo)率比水高，這也提高了納米流體的導(dǎo)熱性能。

如圖6a所示，兩種制冷劑在熱流密度均為15.0kw/m2時(shí)的傳熱系數(shù)與流量的關(guān)系。二者的傳熱系數(shù)都隨著流量的增加而變大，在95.7～191.5kg/m2·k的低質(zhì)量流速下，二者的傳熱系數(shù)相當(dāng)，納米制冷劑傳熱系數(shù)僅略大于純制冷劑，但在質(zhì)量流速較大的287.2～382.9kg/m2·k范圍內(nèi)，納米制冷劑的傳熱系數(shù)逐漸低于純制冷劑，且隨著質(zhì)量流速增大，這個(gè)差距增大納米顆粒懸浮液有效導(dǎo)熱系數(shù)較基液有了很大的提高，顆粒的加入減小了液體的表面張力，減少了沸騰過熱度，從而使液體內(nèi)部換熱過程強(qiáng)化。納米顆粒的加入將會(huì)減小液體表面張力，從而減小了沸騰過熱度，強(qiáng)化了沸騰換熱系數(shù)。

如圖6b所示，表示納米流體濃度與換熱性能的關(guān)系。當(dāng)納米流體體積分?jǐn)?shù)由0.1％增加到1.0％時(shí)，與普通基液的換熱性能相比平均增加幅度為18.9％、24.4％和28.3％。由于隨填充比增加，納米流體與泡沫金屬區(qū)域的比表面積增加，在孔隙率一定的條件下，泡沫金屬填充比的增大使得流固之間的換熱得到強(qiáng)化。并且，隨納米粒子體積濃度的增大，納米流體熱導(dǎo)率提高的同時(shí)比熱容減小，總體上提高了熱擴(kuò)散率，納米粒子布朗運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，在泡沫金屬區(qū)域內(nèi)流體的擾動(dòng)性隨之增大，使流體在泡沫金屬區(qū)域內(nèi)換熱強(qiáng)度及換熱速率增大，導(dǎo)熱性能增加。

如圖1、圖2、圖3所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述制冷管520內(nèi)設(shè)置有泡沫金屬521，所述泡沫金屬521用于增強(qiáng)冷凝劑與海水的熱交換效率。

泡沫金屬521可以優(yōu)選為泡沫金屬銅，此處值得指出的是，在制冷管520填充10ppi的泡沫金屬銅的效果最佳。

在測(cè)試泡沫金屬銅對(duì)換熱特性的影響過程中，測(cè)試對(duì)象為兩根填充泡沫銅的銅管，其結(jié)構(gòu)布局的示意圖如圖1所示。銅管內(nèi)23.4mm，壁厚1.0mm，填充泡沫銅的部分長(zhǎng)200.0mm；內(nèi)嵌的泡沫銅分別為5ppi，90％孔隙率和10ppi，90％孔隙率；管內(nèi)壁與泡沫銅之間有一薄層銅基非晶焊料，以盡量降低兩者之間的接觸熱阻；銅管外繞有電加熱帶，用于提供實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)試段所需熱量；電加熱帶外依次繞有玻璃棉、橡膠和隔氣帶，以實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的絕熱；用于測(cè)量壁溫的熱電偶布置于測(cè)試段的50.0mm、100.0m和150.0mm三個(gè)截面，每個(gè)截面分別布置上、中、下三個(gè)熱電偶。

實(shí)驗(yàn)用的制冷劑為r410a，潤(rùn)滑油為vg68。實(shí)驗(yàn)工況為蒸發(fā)壓力995.0kpa，質(zhì)流密度為10.0～30.0kg/m2·k，熱流密度為3.1～9.3kw/m2，入口干度0.2～0.8，油濃度為0～5.0％。

如圖4a、4b、4c、4d、4e、4f中可以看出,給出了填充5ppi泡沫銅、填充10ppi泡沫銅測(cè)試段內(nèi)，制冷劑潤(rùn)滑油混合物的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)隨干度及質(zhì)流密度的變化的規(guī)律。

可以看出，對(duì)于每一個(gè)測(cè)試段的任一質(zhì)流密度和潤(rùn)滑油濃度，流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)均隨干度的增加而降低；對(duì)于填充泡沫金屬的圓管測(cè)試段，同一質(zhì)流密度和干度下，流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)隨潤(rùn)滑油濃度的增加而降低。這主要是由于潤(rùn)滑油對(duì)管內(nèi)流動(dòng)沸騰的兩個(gè)主要作用共同影響的：①潤(rùn)滑油的存在增加了液相制冷劑的粘度和表面張力，會(huì)增加氣泡的脫離直徑和脫離頻率，會(huì)惡化液相制冷劑的核態(tài)沸騰換熱，尤其是在泡沫金屬內(nèi)的核態(tài)沸騰換熱，進(jìn)而惡化流動(dòng)沸騰換熱。②潤(rùn)滑油的存在增加了液相的表面張力，會(huì)增大液相與固體壁面的接觸面積，進(jìn)而強(qiáng)化流動(dòng)沸騰換熱。對(duì)于管內(nèi)填充泡沫金屬的情況，第一個(gè)作用起主導(dǎo)地位，換熱系數(shù)隨潤(rùn)滑油濃度的增加而降低。

如圖5a、5b、5c、5d、5e、5f中可以得知，為定量評(píng)估泡沫金屬結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)沸騰換熱特性的影響，將填充泡沫金屬的換熱管內(nèi)制冷劑-油混合物的流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)(hmf，tp，r，o)與相同工況下光管內(nèi)的換熱系數(shù)(hsmooth，tp，r，o)之[9-11]比，定義為泡沫金屬影響因子efmfefmf＝hmf，tf，r，o/hscooth，tp，r，o。

從中可以看出，對(duì)于純制冷劑的工況，efmf分別為1.3～1.9(5ppi)和1.8～2.9(10ppi)，說明兩種泡沫金屬均強(qiáng)化了其內(nèi)的制冷劑流動(dòng)沸騰換熱，且在高質(zhì)流密度下的強(qiáng)化效果要高于低質(zhì)流密度[12]下。當(dāng)制冷劑混入潤(rùn)滑油，efmf均比相同工況下純制冷劑的efmf小，說明兩種泡沫金屬?gòu)?qiáng)化制冷劑流動(dòng)沸騰換熱的效果均有所減弱，對(duì)于5ppi的泡沫金屬，在中低質(zhì)流密度以及高質(zhì)流密度高干度下，efmf部分工況都小于1.0，最低達(dá)0.7，說明泡沫金屬的存在會(huì)惡化含油制冷劑的流動(dòng)沸騰換熱；對(duì)于10ppi的泡沫金屬，在低質(zhì)流密度下，efmf全部工況均大于1.0，最低為1.1，說明泡沫金屬的存在強(qiáng)化含油制冷劑的流動(dòng)沸騰換熱。造成惡化的主要原因是泡沫金屬的存在使?jié)櫥蛯?duì)制冷劑流動(dòng)沸騰的換熱惡化作用更加明顯，而這一作用對(duì)低ppi泡沫金屬以及低質(zhì)流密度工況更為明顯。相同工況下，10ppi的泡沫金屬的efmf要大于5ppi的，efmf提高了160％，主要原因是，更小的孔徑的泡沫金屬其比表面積更大，帶來更大的換熱面積，從而促進(jìn)換熱[13]；更小的孔徑對(duì)流體的擾流和邊界層的破壞作用更加明顯，從而促進(jìn)換熱。此外，還可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于任何一個(gè)質(zhì)流密度，含油工況下的efmf相比純工況下有所降低，且10ppi泡沫金屬的降低幅度要比5ppi的小，這主要是由于10ppi的泡沫金屬孔徑更小，毛細(xì)作用更明顯，相比5ppi增加了更多的潤(rùn)濕面積，從而削弱了潤(rùn)滑油對(duì)換熱的惡化作用。

在實(shí)際制冷系統(tǒng)中，換熱器500內(nèi)的循環(huán)流體為冷凝劑與潤(rùn)滑油混合物。潤(rùn)滑油與液相冷凝劑之間具有良好的互溶性，但由于兩者之間物性的巨大差異，混入潤(rùn)滑油的流體密度、比熱、粘度和表面張力等物性變化很大，進(jìn)而影響換熱管內(nèi)的換熱特性。

已有研究表明，潤(rùn)滑油的存在可以強(qiáng)化冷凝劑在光滑銅管內(nèi)的流動(dòng)沸騰換熱性能，換熱系數(shù)最多提高60％；但是潤(rùn)滑油對(duì)泡沫金屬521內(nèi)的流動(dòng)沸騰換熱特性，可能與光滑銅管內(nèi)的換熱特性存在很大的不同。

泡沫金屬521的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)冷凝劑沸騰換熱特性的影響很大。對(duì)于相同孔隙率的泡沫金屬521，隨著孔徑的減小，一方面，泡沫金屬521的比表面積逐漸增大，進(jìn)而對(duì)換熱起增強(qiáng)作用；另一方面，泡沫金屬521對(duì)氣泡生長(zhǎng)過程的抑制作用也逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)換熱起了很大的作用。

利用泡沫金屬銅強(qiáng)化沸騰換熱的特性，在冷凝劑管道內(nèi)添加泡沫金屬521；在冷凝劑中添加納米顆粒；將金屬圓管改為半圓管從而提高換熱面積。這三種方式均能在一定程度上提高換熱器500的換熱性能。

純冷凝劑工況下，泡沫金屬521的存在強(qiáng)化流動(dòng)沸騰換熱，換熱系數(shù)最多提高185％；含油工況下，在低質(zhì)流密度下，泡沫金屬521的存在會(huì)惡化含油冷凝劑的換熱，換熱系數(shù)最多降低30％；相同工況下，更小的孔徑可以提高流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)，與5ppi的泡沫金屬521相比，10ppi的泡沫金屬521可以使換熱系數(shù)提高了160％。

此外，將其與傳統(tǒng)盤管式換熱器500相結(jié)合，可更好地提高換熱器500的換熱效果。在此基礎(chǔ)上用夾套式換熱器500替換板式換熱器500，換熱量增大了180％，換熱效率提高了200％。

如圖1所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，還包括與所述換熱器500連接的保溫蓄冰槽700，所述換熱器500制得的流化冰輸送至所述保溫蓄冰槽700內(nèi)保存，這樣能夠很方便的獲取流化冰，還能夠防止流化冰融化。

如圖2所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述制冰桶510的內(nèi)壁上設(shè)置有擾流板511，所述擾流板511用于使冷熱流體發(fā)生直接熱交換。

強(qiáng)化對(duì)流傳熱的機(jī)理是當(dāng)流體經(jīng)過擾流板511時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)度不同，大小不等的旋渦，使附面層破壞，熱阻大大減小，從而使冷熱流體直接發(fā)生熱量交換，傳熱量就大為增加。

等到附面層再一次逐漸地增長(zhǎng)和加厚，就再來一個(gè)擾流裝置，又一次地起破壞附面層的作用，整個(gè)對(duì)流傳熱就強(qiáng)化了。

在壁面上加裝的擾流板511，如螺旋隔板，可以使流體的湍流度增加，產(chǎn)生徑向流動(dòng)以加強(qiáng)冷熱流體的混合，促進(jìn)流體的溫度均勻，為此可以強(qiáng)化對(duì)流傳熱。

尤其是層流流動(dòng)時(shí)，更易進(jìn)入湍流狀態(tài)，效果更為顯著。由于在流體內(nèi)加裝擾流裝置，增加了傳熱面積，在管壁的輻射作用下，使擾流板511也升溫，加強(qiáng)了對(duì)流換熱，收到額外的效果。

如圖1所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述冷凝器200與所述換熱器500之間設(shè)置有貯液器210、干燥器300以及膨脹閥400，所述冷凝器200處理后形成的液態(tài)冷凝劑依次通過所述貯液器210、所述干燥器300以及所述膨脹閥400進(jìn)入所述制冷管520中，這樣能夠使冷凝劑的效果更好。

其中，貯液器210用于儲(chǔ)存液化的冷凝劑，干燥器300用于吸收冷凝劑中的水分，膨脹閥400用于節(jié)流降壓。

如圖1所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述壓縮機(jī)100與所述冷凝器200之間設(shè)置有油分離器110。

如圖1所示，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，還包括數(shù)據(jù)采樣器800，所述數(shù)據(jù)采樣器800上連接有熱電偶810，所述熱電偶810設(shè)置在所述保溫蓄冰槽700內(nèi)用于測(cè)量流化冰的溫度，熱電偶810能夠測(cè)量流化冰的溫度，從而時(shí)刻進(jìn)行監(jiān)控，一旦溫度有異常，則可以以及進(jìn)行通知，并且還能從流化冰的溫度看出本設(shè)備的工作情況。

還值得指出的是，換熱面積由銅管的參數(shù)與制冰桶的規(guī)格通過幾何關(guān)系計(jì)算得出：q＝ak(tz-δt)不同的材料導(dǎo)熱系數(shù)不一樣，相同的材料采用的介質(zhì)不同其換熱系數(shù)也不同，相同的材料如采用換熱器的結(jié)構(gòu)形式不同其值選取也不同冷凝劑的管道多采用銅管，所以k＝400w/(m·k)由上式可以看出：在采用同一種材料且在海水溫度和制冷劑溫度大致不變的情況下，換熱面積是影響換熱量的主要原因。

通過上述研究發(fā)現(xiàn)，利用泡沫金屬銅強(qiáng)化沸騰換熱的特性，在制冷劑管道內(nèi)添加泡沫金屬；在制冷劑中添加納米顆粒；將金屬圓管改為半圓管從而提高換熱面積。這三種方式均能在一定程度上提高換熱器的換熱c性能。既：1)純制冷劑工況下，泡沫金屬的存在強(qiáng)化流動(dòng)沸騰換熱，換熱系數(shù)最多提高185％；2)含油工況下，在低質(zhì)流密度下，泡沫金屬的存在會(huì)惡化含油制冷劑的換熱，換熱系數(shù)最多降低30％；3)相同工況下，更小的孔徑可以提高流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)，與5ppi的泡沫金屬相比，10ppi的泡沫金屬可以使換熱系數(shù)提高了160％。此外，將其與傳統(tǒng)盤管式換熱器相結(jié)合，可更好地提高換熱器的換熱效果。在此基礎(chǔ)上用夾套式換熱器替換板式換熱器，換熱量增大了180％，換熱效率提高了200％。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。