[发明专利]一种实现冷凝热回收的快速成雪系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种实现冷凝热回收的快速成雪系统及运行方法，该系统包括成雪机构、供给机构、制冷系统和控制模块。所述制冷系统内包括蒸发侧换热器和冷凝侧换热器，蒸发侧换热器用于为空气制冷，为造雪提供低温环境；冷凝侧换热器用于为冷水加热，利用热水冻结的Mpemba效应加速水滴冻结，实现快速成雪，提高成雪品质，对制冷系统的冷凝热回收也将提升系统运行效率，节能环保。系统分为热水模式和冷水模式进行造雪，以适应多种环境工况，解决冰冻堵塞问题。本发明实现了造雪机的高效快速成雪、环境普适和冷凝热回收，既提高了成雪品质，又扩大了造雪雾化临界范围，降低造雪机的设计难度，还提升了造雪机的运行效率，为造雪机的结构优化提供新的思路。

技术领域

本发明属于造雪机技术领域，具体涉及一种实现冷凝热回收的快速成雪系统及运行方法。

技术背景

随着2022冬奥会的来临和雪上运动项目的发展，造雪机作为提供稳定雪资源的人工造雪设备，已经是冬季滑雪场保证营运必不可少的装备之一。传统的造雪机需要在较低环境温度下，将高压冷水通过喷嘴喷射雾化形成细小水滴，并由鼓风机鼓吹到空气中，细小水滴在空中下落，迅速与环境换热冻结成冰晶核，下落的过程中再与水滴碰撞结合，进一步生长形成雪花。这种造雪设备对环境的温度要求较高，只能在较低的环境温度下才能进行人工造雪，并且造雪机的高度有限使雪花必须在有限时间内快速冻结，否则将会以液态落地，严重影响雪质。这一难点是对造雪机雾化性能的一大考验，也是研发造雪机需要达到的基本要求。并且造雪机喷嘴口径过小极易在间歇运行期间形成冰冻堵塞。故为了提高造雪品质，适应更多工况下的造雪环境，防止堵塞，有必要从结构上对造雪机进行优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现冷凝热回收的快速成雪系统及运行方法，该成雪系统是利用制冷系统冷凝侧释放的热量对造雪用冷水进行加热，利用Mpemba效应加快水滴由液态到固态的冻结速度，在提高成雪品质的同时，实现快速成雪，扩大造雪雾化临界范围，进而降低造雪机的设计难度，并对制冷系统释放的冷凝热进行回收利用，有效提升造雪机运行效率。运行前先开启热水模式也能有效解决停机期间的冰冻堵塞问题。同时利用制冷系统为鼓风机提供低温空气，为造雪提供低温环境，在环境温度较高的极端情况下制冷系统提供的低温空气冷量不足以成雪时也可以切换冷水模式进行造雪，使造雪系统不再受环境温度限制，适应多种环境工况，真正做到高效普适与节能环保并存。

Mpemba效应指在同等质量和同等冷却环境下，初始温度较高的热水比冷水(非纯水)率先冻结的现象。水的冻结过程可以分为零上的冷却阶段和零下的过冷阶段。已有研究表明水初始温度在30～40℃时，冷却所需时间最短，并且热水比冷水更快进入过冷状态，具有更小的过冷度。

本发明实现了造雪机的高效快速成雪、环境普适和冷凝热回收，既提高了成雪品质，又扩大了造雪雾化临界范围，扩展了造雪机的可运行范围，进而降低造雪机的设计难度，还提升了造雪机的运行效率，解决了冰冻堵塞问题，为造雪机的结构优化提供新的思路。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种实现冷凝热回收的快速成雪系统，系统包括成雪机构、供给机构、制冷系统6和控制模块9；

成雪机构包括喷嘴1、风筒体2和大风机3；喷嘴1均匀排布在风筒体2内侧，用于喷射雾化水滴形成冰晶，喷嘴1的入水口与冷凝侧换热器8的出口相连。大风机3位于风筒体2的尾部，用于将雾化水滴鼓吹到空气中。

供给机构包括小风机4和水泵5；小风机4用于为制冷系统6提供空气，空气由小风机4送入制冷系统6的蒸发侧换热器7进行冷却后，冷空气被送入大风机3，用于为雾化水滴提供冷量。水泵5为制冷系统6提供冷水，其出口管路分为L1、L2和L3，管路L1连接冷凝侧换热器8对应热水模式，管路L2直接与喷嘴入水口相连旁通调节水温，管路L3连接蒸发侧换热器7对应冷水模式。