[发明专利]利用冬季冷风在冰面制冰蓄冰的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制冰蓄冰技术领域，具体说是一种利用冬季冷风在冰面制冰蓄冰的方法。

背景技术

将自然界冬季的冷资源储藏起来，用作天热时降温消暑的冷源，或者果蔬冷库的冷源，是一件环保节能、变废为宝的好事，一直是人们的美好愿望。在古代，就有割取河水、池泊所结之冰，储于冰窖之中，待暑热时取用的记载；现在我国东北地区仍有冬季从江河采冰，用来窖藏水果的原始做法。最近的三十年中，世界多个国家的科技人员致力于自然冷资源利用的研究，取得了显著的成绩。

正如水的蒸发可以有效地散热，结冰无疑是最佳的储冷方式。冰是自然界储冷量最大、最经济的储冷载体。目前利用自然冷资源制冰蓄冰的方法，按时间排序，有代表性的有以下几种：

(1)以加拿大维格尼奥特(Vigneault)和日本川田(H.Kowata)为代表的层积式制冰系统，其方式是向蓄冰池灌水，当水完全结冰时再继续灌水，使水层层结冰。这种方式设计较复杂、需要冷空气摄入系统，风机耗电较大，冰的层积厚度受限制，且只能在冷资源丰富的高寒地区应用。

(2)以日本堂腰纯和中国李里特为代表的箱群式制冰系统。其方式是冷库内均匀摆放一些水箱，由库外向里通冷风使箱内水结冰，再重新摆放。这种方式原理简单，但容器搬动不便，风机耗电也较大，建设成本较大。

(3)由中国王世清等提出的热管蓄冷系统。该方法是在蓄冰池上布置一些热管，热管下部为蒸发端插入水中，上部为冷凝端与冷空气接触，进行能量交换。这种方式可以自行制冰，节省人力，无需风机，但工质流速较慢，制冰效率低，不能适应大规模冷资源利用的需要。

(4)由中国唐安虎提出的U型通风管制冰蓄冰系统(专利ZL201120118617.5)。其方式是在蓄冰池中布置深U型不生锈的金属通风管，通风管两端装有可转向的风帽在空气中，使进风口迎风，出风口背风，冬季冷风吹进通风管流经蓄冰池深处，带走水中热量，使水受冷沿管壁不断结冰。这种方式能自行制冰，能量交换直接，节省人力和电力，但随着管壁外冰层变厚，制冰效率会降低。

综合比较，后三种制冰方法无论是箱式、热管式或是通风管式，虽然有其各自的原理和特点，但都有一个共同的制约因素：结冰都离不开冰层的热传导过程，而随着冰层变厚，冰的热传导过程必然会变慢，制冰效率也就随之降低。若让水在冰面直接结冰，无需冰层的热传导，结冰效率会大大提高，是一种值得重视的思路，正如第一种制冰方法的基本原理一样，但是由于这种方法在具体的设计上存在不足，所以没有得到大规模的应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种利用冬季冷风在冰面上制冰蓄冰的方法，克服以往或花费人力多，或能源消耗大，或制冰效率低、制冰量小，或气候条件要求高，不能大规模利用自然冷资源制冰蓄冰的缺点。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：建一个呈矩形较深的地下或半地下制冰蓄冰池，长边迎冬季风的主风向，池底和池壁是带有隔热层的混凝土结构，内侧保证平直光滑，池顶是带有隔热层的大跨度钢结构屋面，四周池壁以上到屋面之间是预留的通风带，自然风可由通风带直吹进制冰蓄冰池内。池壁外侧装有可控喷水系统，该系统由水泵、水管和蓄冰池顶部的喷头构成，且顶部水管为倾斜状连接喷头，以防止喷水结束后水管内部存留积水而结冰。冬季，制冰蓄冰池中蓄水达到预定水位线，冷风从通风带吹进水池，水面遇冷开始结冰，待水面全部结冰后，冰下的水通过可控喷水系统在冰面上均匀薄喷一层，冷风直吹水面直至再次结冰。如此循环持续操作，冰下的水量逐渐减少，冰层不断增厚，冰面高度基本不变，冷风总是可以直吹冰面上的水来制冰，最终池内完全结冰。为防止冰层粘结在墙壁上不易下降，须使水位线处的四周墙壁向内侧加厚，行成一个环形的加厚带，且带有防粘材料，因此结冰面积实际总是小于制冰蓄冰池的横截面积，保证了冰层不会卡在蓄冰池中间而能顺利下落。制冰完成后，冰面、屋面及其余地上暴露部分用轻质绝热材料严密覆盖以绝热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：直接利用冬季冷风作为冷源和动力，冷风直吹水面自行制冰，方法设计简单，易于操作，既可提高制冰效率，又可减少人力和能源消耗，降低成本，也不会造成环境的污染。

附图说明：

图1是利用冬季冷风在冰面制冰蓄冰的方法的立剖视图

在图中，1.制冰蓄冰池  2.池底  3.池壁  4.池顶  5.通风带  6.可控喷水系统  7.加厚带

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述

如图1所示，建一个呈矩形较深的地下或半地下制冰蓄冰池(1)，长边迎冬季风的主风向，池底(2)和池壁(3)是带有隔热层的混凝土结构，池顶(4)是带有隔热层的大跨度钢结构屋面，四周池壁以上到屋面之间是预留的通风带(5)，池壁外侧是由水泵、水管和蓄冰池顶部的喷头组成可控喷水系统(6)，且顶部水管为倾斜状连接喷头。冬季，制冰蓄冰池中蓄水达到预定水位线，冷风从通风带吹进水池，水面遇冷开始结冰，待水面全部结冰后，水池底部的水通过可控喷水系统在已形成的冰面上均匀薄喷一层，冷风直吹水面直至再次结冰，如此循环持续操作，冰下的水量逐渐减少，冰层不断增厚，冰面高度基本不变，冷风总是可以直吹冰面上的水来制冰，最终池内完全结冰。为防止冰层粘结在墙壁上不易下降，须使水位线处的四周墙壁向内侧加厚，行成一个环形的加厚带(7)，且带有防粘材料，因此结冰面积实际总是小于制冰蓄冰池的横截面积，保证了冰层不会卡在蓄冰池中间而能顺利下落。制冰完成后，冰面、屋面及其余地上暴露部分用轻质绝热材料严密覆盖以绝热。