冷冻或冷却液体之装置和方法及使用可以冷冻的液体之热储存系统制造方法及图纸

一种冷冻或冷却液体之装置，包括一个热交换管，由具有高热传导性的材料所制成，适合于在所述的热交换管之内壁接收需要冷冻或冷却之液体；冷冻装置，经由所述的热交换管将所述的液体内之热量抽离出来；在所述的热交换管内包括至少一个搅拌棒；以及至少一驱动所述的搅拌棒沿着所述的内壁动作之装置，以控制该冷冻液体在该内壁上之沉积。还提供了包括本发明专利技术冷冻或冷却液体装置的热储存系统及冷冻或冷凝液体的方法，和热交换器。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及用于蒸发、蒸馏、冷冻、加热或冷却液体的一种热交换器，以及更具体地涉及一种使作轨道式绕行的驱动装置，适用于管体内设置搅动杆，管外围绕壳体式之热交换器。这种热交换器的尺寸，及成本，到热传导系数的影响，该系数表示热流穿过一层“热”流体、分隔热冷流体之热交换器壁面，一层“冷”流体，再加上热壁面或冷壁面上沉积固体所形成之阻力。为了经济的理由，需要相当大的温度梯度来驱动热量通过这些阻力。这种高梯度会限制蒸发器或冷冻机的能源效率，因为这种方式既限制了级数又需让蒸汽压缩机产生更高的举升力。授与本专利技术人之一的美国专利US 4,230,529及US 4,441,963公开了一种解决这些问题的新途径。这些专利所公开之技术使用一种垂直，薄壁，开放端部之热交换管(或管组)，这些管体受到驱动以产生环绕轨道的或摇动性运动。管绕轨道的运动，通过降低管壁内外的热阻，可以增加热传导效率。这种绕轨道的运动可以搅动要被蒸发的液体，使液体在管壁上形成一道薄膜。通过降低流体层流之厚度，可以达到增加蒸发表面区域，并降低热阻。这种轨道性绕行运动同时可以通过加热蒸汽流之冷凝，而增加管体外壁对管的传热。该冷凝作用会增加管体外壁流体层流之厚度，于是也增加了热阻。轨道性绕行运动会将管体外壁之液滴甩落，因而增加了管体外壁之热传导。以上的两项专利都公开了在共同容器内装了多个这种管。以偏心装置驱动管体，使其在水平平面上产生摇动动作。依次，液体受动能耦合驱动，在重力作用的影响由管壁处流下时，同时作绕管内壁的转动，这种设计需要曲柄，轴承及蒸发器内复杂的密封，如此才能完成这绕行运动。于是这些组件的制造困难，成本很高，组装也不容易，更需要接受精密加工到精确的精度，同时应用在化学工业时，容易受到腐蚀及污染，同时这些组件受到磨损时，会造成摇动管体的动态平衡失调，进而产生相应的震动。US 4,230,529同时公开了一种自动平衡装置，其包括一自动调整轨道半径装置，它能补偿质量的改变，以保持动态平衡。但是，当基台移动时，即如果装置系安装在可移动的参考机架上(例如在海中的船舶)曲柄的半径即必需固定，即使这种步骤也都不一定适当。许多已知之热交换装置，由冰淇淋制造机到复杂精密的蒸发器，都使用一根刚性之搅动杆，该搅动杆被刚性驱动以在管体内部旋转绕行，进而将粘性液体洒成细薄、均匀分布的薄膜。刚性驱动的刮片可以处理粘度达到1,000,000c.p.或更高之液体。(水的粘度为1c.p.)但是，现行使用有刚性、正向驱动的搅动杆或刮片之热传导装置，都有缺点。首先，必需在蒸发器或冻结机内，安装一支轴封良好，可以旋转之驱动轴。第二因为刮片或刮板为刚性结构体，同时绕行一个密闭空间的固定表面，造成制造及组装困难，成本提高。管壁必须加工到高精度，刮片/刮板及其支撑结构也同时需要精密的加工。另外，这种已知的刚性刮板设计同时也无可避免的，无法忍受的会磨损。为了解决低粘度液体的问题，即粘度低于1,000c.p.之液体，美国专利US 4,618,399公开了一种设置在管体内之搅动杆，可以将液体洒成细薄与均匀的薄膜，以降低热阻，增加蒸发作用。这种搅动杆也同时控制着蒸发残余物的堆积。US 4,618,399公开了该等搅动杆的多种安装方式，包括相当长之钢索，一挠性，但不会旋转之锚锭，连接在基台与搅动杆下端之间，以及使用一双重万向接头，以连接在该搅动杆之下端及基台间。虽然，搅动杆可做为良好之薄膜分布装置，但这种安装设计却有许多缺点。他们会增加整体材料，组成及运转操作之各项成本。同时，这种设计也会失效。特别是用来支撑搅动杆之挠性钢索材料疲劳，特别要注意。美国专利US 4,762,592公开了一种轨道式驱动装置，可以解决早期偏心式曲柄驱动装置之在制造、组装、磨损及平衡上之问题。这项改良式之驱动装置使用一旋转式之平衡重块或重块组，安装在蒸发器上，以及一供蒸发器使用之弹簧加载之避震悬吊柱。平衡荷重以及蒸发器之质量彼此绕着对方旋转，即如同平衡荷重旋转一样。虽然这些设计确实地解决了偏心式曲柄驱动装置的问题，但是它同时确有着另一些无法解决的缺点。例如，它需要使相当大质量进行轨道性绕行运动，特别是当热交换器达到了商业用途这种大尺寸时，通常都会有许多大型的热交换管，每一根热交换管又都装有液体流。质量增加，也增加了动力的要求(特别是在启动时)，同时也增加了弹簧柱悬挂的要求，进而可能造成整个悬吊系统发生过早之故障损坏，并且也大量地增加了整个的结构成本及运转成本。它同时也增加坚稳运转平台之需求，例如混凝土地板，如果安装在海面上之船只或运输时，也都需要坚稳的平台。虽然，笫′592号专利揭露出一种解决移动式平台之技术时，这种技术措施实际上在装置大到了像商业用途这么大的尺寸时，便显得相当的不适当。其中的问题之一便是，当装置大到商业用途时，基台的动作会在曲柄或曲柄组上产生一种无法接受的高负荷，而曲柄或曲柄组的目的，即在于驱动整个装置产生一种轨道式绕行运动。当轨道式热交换管体设计被用来蒸发及蒸馏时，在现有技术中，这种管体并未用为冷冻。其中之一个理由即为液体会在热传导表面结冰，增加经过热交换器之热流阻力，同时大大地降低轨道式管体设计之性能优点。目前，在现在之市场上，有两种使用冰之理论型冷藏系统。其中之一即为产冰机，其在一开放之储存槽内安装了一组制冰机。在冰层被施以周期性之除霜集冰前，先使冰层成长至相当的厚度。另一种则为冰库型。这种冰库安装了一组低成本之热传导单元，通常使用塑料制造，在该塑料单元件上，冷藏用的冰在每一冷却循环中持续不断地聚集起来。在这两种型式中，在制冰过程中，由水传导至冷凝剂中之热传导效率不高，因此增加了设备的成本。以雪泥型态来制冰的这种概念，使得制冰机可以连续地操作，其间不必中断制冰机的运转，同时许多制冰公司，也开始进行热传导性的改良，例如芝加哥桥铁公司，以及最近，由电源研究实验室(“EPRI”)，这些公司将其主题公诸大众，同时将其以“滑冰”为其商标名称。目前，滑冰冷藏系统据信已在评估阶段。由EPRI赞助研究所发展出来的“滑冰”系统是在一篇文章中被提出，该文章之题目为“冷藏省钱又省能源”，系在1992年7月/8月份之EPRI期刊中所刊载。在EPRI计划中将醋酸镁钙加入水中。根据EPRI的说法，使用这种添加剂可以使冰较容易在液池中形成，而不是在热交换器之壁面处形成，同时其所形成之雪泥态物质不会粘到金属上。这种以“滑冰”改善经济性的优点系1992年9月27日为纽约时代杂志所报导，这篇报导的标题为“以更高的效率来保持建筑物凉爽”。在这篇文章中，说明了在水中加入汽车用的防冻剂，但是它的效果不佳，因为冰点被降低了太多。这种滑冰概念是非常吸引人的，因为它可以使像雪泥般的冰由一道冷却平面处，仅在重力的作用下往下流，而完全无需用到机械力。虽然滑冰的效果很好，但是它如何做，却不知道。再者，这种解决之道却有着一些明显的缺点。第一，目前仅有一种已知的添加剂可以让冰克服最初的粘性障碍，以进入晶体之重力进给，并流过冷却表面。要特别考虑，特别是当液体在经过处理后，要做为食物之用；此时便不可以使用这种添加剂。另一种限制则为热通量，潮湿率及添加剂的浓度，都必需小心地控制，以利滑冰的形成，同时热传导面也会需使用放电加工刨光。许多情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷冻或冷却液体之装置，包括： 一个热交换管，由具有高热传导性的材料所制成，适合于在所述的热交换管之内壁接收需要冷冻或冷却之液体； 冷冻装置，经由所述的热交换管将所述的液体内之热量抽离出来； 在所述的热交换管内包括至少一个搅拌棒；以及 至少一驱动所述的搅拌棒沿着所述的内壁动作之装置，以控制该冷冻液体在该内壁上之沉积。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李耀滋，小阿尔伯特扬德特，霍艾秦，黄宏丁，
申请(专利权)人：李耀滋公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]