本实用新型公开了一种利用超声波减小水过冷度的装置，冷液循环控制组件通过液体管道与冷却控制组件连接；冷却控制组件的左边固定有超声波控制组件；数据采集组件分别于冷液循环控制组件、冷却控制组件以及超声波控制组件连接。本实用新型使用了冷液循环控制组件、冷却控制组件、超声波控制组件以及数据采集组件，可以实现利用超声波降低水的过冷度，试验数据准确可靠，并且可以计算装置减小能量消耗的效率。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 215864300 U (45)授权公告日 2022.02.18 (21)申请号 6.9 (22)申请日 2021.10.20 (73)专利权人 西南石油大学 地址 610500 四川省成都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 万旭升何佑彪晏忠瑞路建国 刘凤云 (51)Int.Cl. F25D 31/00 (2006.01) F25D 17/02 (2006.01) F25D 29/00 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (54)实用新型名称 一种利用超声波减小水过冷度的装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种利用超声波减小水 过冷度的装置，冷液循环控制组件通过液体管道 与冷却控制组件连接；冷却控制组件的左边固定 有超声波控制组件；数据采集组件分别于冷液循 环控制组件、冷却控制组件以及超声波控制组件 连接。本实用新型使用了冷液循环控制组件、冷 却控制组件、超声波控制组件以及数据采集组 件，可以实现利用超声波降低水的过冷度，试验 数据准确可靠，并且可以计算装置减小能量消耗 的效率。 U 0 0 3 4 6 8 5 1 2 N C CN 215864300 U 权利要求书 1/1页 1.一种利用超声波减小水过冷度的装置，其特征在于，包含冷液循环控制组件、冷却控 制组件、超声波控制组件以及数据采集组件； 所述冷液循环控制组件通过液体管道与冷却控制组件连接； 所述冷却控制组件的左边固定有超声波控制组件； 所述数据采集组件分别与所述冷液循环控制组件、冷却控制组件以及超声波控制组件 连接。 2.根据权利要求1所述的一种利用超声波减小水过冷度的装置，其特征在于，所述冷液 循环控制组件，包含循环冷浴(11)、压力泵(13)； 所述循环冷浴(11)留有注液口(12)； 所述循环冷浴(11)通过液体管道与压力泵(13)相连； 所述压力泵(13)通过管道分别连接于冷却控制组件的入口与出口。 3.根据权利要求2所述的一种利用超声波减小水过冷度的装置，其特征在于，所述冷却 控制组件，包含容器(21)、第一冷却块(22)、第二冷却块(23)以及隔热层(24)； 所述第一冷却块(22)、第二冷却块(23)安装于容器(21)内部，其余空间形成实验过程 中容纳水的空间； 所述第一冷却块(22)通过连接桥连接所述第二冷却块(23)； 所述容器(21)的外部设置有所述隔热层(24)。 4.根据权利要求3所述的一种利用超声波减小水过冷度的装置，其特征在于，所述超声 波控制组件，包含超声波换能器(31)、高频低摆率放大器(32)、分流电阻器(33)、示波器 (34)以及函数发生器(35)； 所述超声波换能器(31)与高频低摆率放大器(32)以及所述分流电阻器(33)  以串联的 方式连接； 所述函数发生器(35)并联在高频低摆率放大器(32)的两端； 所述示波器(34)并联在分流电阻器(33)的两端。 5.根据权利要求1所述的一种利用超声波减小水过冷度的装置，其特征在于，所述数据 采集组件，包含冷却块入口温度传感器(41)、冷却块出口温度传感器(42)、流量传感器 (43)、隔热层外表温度传感器(44)、温度传感器(45)、第一电压探针(46)、第二电压探针 (47)、第三电压探针(48)、数据采集仪(49)、电子计算机(410)； 所述冷却块入口温度传感器(41)、冷却块出口温度传感器(42)、流量传感器(43)、隔热 层外表温度传感器(44)、温度传感器(45)、第一电压探针(46)、第二电压探针(47)以及第三 电压探针(48)通过导线分别与所述数据采集仪(49)相连； 所述数据采集仪(49)通过导线页 一种利用超声波减小水过冷度的装置 技术领域 [0001] 本实用新型设计减小水过冷度技术领域，具体而言，涉及一种利用超声波减小水 过冷度的装置。 背景技术 [0002] 过冷度(degree of under cooling)是指在一定压力下冷凝水的温度与相应压力 下饱和温度的差值。过冷水产生的原因是因为液体太过纯净，没有凝固所需的“结晶核”所 致。冷冻水的相变过程在制冰、食品冷冻技术、制药等领域有着重要的应用。由于冰相关产 品的广泛使用，该技术的工艺改进可能会带来巨大的节能。众所周知，过冷对冷冻过程的总 时间和能耗有负面影响。同时，超声波被认为是一种有效消除过冷效应和改善冷冻过程的 技术。因此，设计一种利用超声波减小水过冷的装置显得尤为重要。 实用新型内容 [0003] 为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种利用超声波减小水过冷的装 置，可以有效的降低水的过冷度，为制冰、食品冷冻技术、制药等领域提供一定的技术支撑 并降低常用手段需要的能量损耗，并且可以计算装置减小能量消耗的效率。 [0004] 本实用新型采用的技术方案如下： [0005] 一种利用超声波减小水过冷度的装置，包含冷液循环控制组件、冷却控制组件、超 声波控制组件以及数据采集组件； [0006] 所述冷液循环控制组件通过液体管道与冷却控制组件连接； [0007] 所述冷却控制组件的左边固定有超声波控制组件； [0008] 所述数据采集组件分别与所述冷液循环控制组件、冷却控制组件以及超声波控制 组件连接。 [0009] 具体的： [0010] 所述冷液循环控制组件，包含循环冷浴(11)、压力泵(13)； [0011] 所述循环冷浴(11)留有注液口(12)； [0012] 所述循环冷浴(11)通过液体管道与压力泵(13)相连； [0013] 所述压力泵(13)通过管道分別连接于冷却控制组件的入口与出口； [0014] 可选的，所述循环冷浴为低温冷浴槽、制冷水浴器，冷却液为50％稀释的乙二醇溶 液； [0015] 所述压力泵为台式或手持式并带有过压保护调节，考虑到泵的工作温度，所述循 环冷浴的温度设置为‑10℃，温度变化为±0.9℃。 [0016] 所述冷却控制组件，包含容器(21)、第一冷却块(22)、第一冷却块(23)以及隔热层 (24)； [0017] 所述第一冷却块(22)、第二冷却块(23)安装于容器(21)内部，其余空间形成实验 过程中容纳水的空间； 3 3 CN 215864300 U 说明书 2/4页 [0018] 所述第一冷却块(22)通过连接桥连接所述第二冷却块(23)； [0019] 所述容器(21)的外部设置有所述隔热层(24)。 [0020] 优选的，所述容器为铝合金制造，超声波能够有效的通过容器作用于内部的水； [0021] 所述冷却块为铜制作，能够保障实验过程中降温均匀，降温速率较快。 [0022] 所述超声波控制组件，包含超声波换能器(31)、高频低摆率放大器(32)、分流电阻 器(33)、示波器(34)以及函数发生器(35)； [0023] 所述超声波换能器(31)与高频低摆率放大器(32)以及所述分流电阻器(33)以串 联的方式连接； [0024] 所述函数发生器(35)并联在高频低摆率放大器(32)的两端； [0025] 所述示波器(34)并联在分流电阻器(33)的两端。 [0026] 所述数据采集组件，包含冷却块入口温度传感器(41)、冷却块出口温度传感器 (42)、流量传感器(43)、隔热层外表温度传感器(44)、温度传感器(45)、第一电压探针(46)、 第二电压探针(47)、第三电压探针(48)、数据采集仪(49)、电子计算机(410)； [0027] 所述冷却块入口温度传感器(41)、冷却块出口温度传感器(42)、流量传感器(43)、 隔热层外表温度传感器(44)、温度传感器(45)、第一电压探针(46)、第二电压探针(47)以及 第三电压探针(48)通过导线分别与所述数据采集仪(49)相连； [0028] 所述数据采集仪(49)通过导线] 可选的，所述冷却块入口温度传感器、冷却块出口温度传感器以及温度传感器为K 型热电偶，精确度为±0.05℃。 [0030] 本实用新型的有点和产生的有益效果： [0031] 1、本实用新型采用超声波减小水过冷度能够有效降低水的过冷度，为制冰、食品 冷冻技术、制药等领域提供一定的技术支撑并降低常用手段需要的能量损耗。 [0032] 2、本实用新型采用了数据采集系统，能自动记录试验过程中的温度、电压差、流量 的变化，避免了人工读数的误差。 附图说明 [0033] 为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用 的附图作简单的介绍。 [0034] 图1为装置结构示意图； [0035] 图2为冷却块结构示意图； [0036] 图3为未使用超声波试验过程的过冷度； [0037] 图4为使用超声波试验过程的过冷度； [0038] 图5为未使用超声波试验过程冷却块入口与出口的温差； [0039] 图6为使用超声波试验过程冷却块入口与出口的温差； [0040] 图标：11‑循环冷浴；12‑注液口；13‑压力泵；21‑容器；22‑第一冷却块；23‑第二冷 却块；24‑隔热层；31‑超声波换能器；32‑高频低摆率放大器；33‑分流电阻器；34‑示波器； 35‑函数发生器；41‑冷却块入口温度传感器；42‑冷却块出口温度传感器；43‑流量传感器； 44‑隔热层外表面温度传感器；45‑温度传感器；46‑第一电压探针；47‑第二电压探针；48‑第 三电压探针；49‑数据采集仪；410‑电子计算机。 4 4 CN 215864300 U 说明书 3/4页 具体实施方式 [0041] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和 示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0042] 本实用新型实施例提供了一种利用超声波减小水过冷度的装置，该装置能够有效 降低水的过冷度并降低常用手段需要的能量损耗。 [0043] 如图1所示，一种利用超声波减小水过冷度的装置，其特征在于，包含冷液循环控 制组件、冷却控制组件、超声波控制组件以及数据采集组件； [0044] 所述冷液循环控制组件，包含循环冷浴(11)、压力泵(13)； [0045] 所述循环冷浴(11)留有注液口(12)，便于试验过程中冷却液的添加； [0046] 所述循环冷浴(11)通过液体管道与压力泵(13)相连； [0047] 所述压力泵(13)通过管道分別连接于冷却控制组件的入口与出口，在之间的液体 管道上安装有所述数据采集控制系统中的所述流量传感器(43)，可以实时获取冷却液进入 所述冷却块(22)的流速V。 [0048] 需要说明的是： [0049] 当冷却液的温度为‑10℃时，其性质如表1。 [0050] 表1冷却液性质 [0051] [0052] 所述冷却控制组件，包含容器(21)、第一冷却块(22)、第二冷却块(23)以及隔热层 (24)； [0053] 所述第一冷却块(22)、第二冷却块(23)安装于容器(21)内部，其余空间形成实验 过程中容纳水的空间； [0054] 所述容器(21)的外部设置有所述隔热层(24)，所述隔热层(24)的外表安装有所述 隔热层外表面温度传感器(44)，能够实时记录环境温度变化T ； 0 [0055] 所述第一冷却块(22)的入口与第二冷却块(23)出口分别安装有所述入口处温度 传感器(41)及出口处温度传感器(42)，可以分别测量入口处冷却液的温度T 与出口处冷却 C1 液的温度T ，由此可得冷却块入口与出口间冷却液的温差为ΔT ，测量时间间距为1s； C2 C [0056] 所述容器(21)的内部安装有温度传感器，所述温度传感器(45)安装于所述容器 (21)的中心，可以检测到试验过程中溶液的温度T ； 1 [0057] 需要说明的是： [0058] 通过绘制T温度曲线图可以得到试验过程中溶液的过冷度T 。 1 f [0059] 所述超声波控制组件，包含超声波换能器(31)、高频低摆率放大器(32)、分流电阻 器(33)、示波器(34)以及函数发生器(35)； [0060] 所述超声波换能器(31)与高频低摆率放大器(32)以及所述分流电阻器(33)以串 5 5 CN 215864300 U 说明书 4/4页 联的方式连接，该方式能最大效率运行所述超声波换能器(31)； [0061] 所述函数发生器(35)并联在高频低摆率放大器(32)的两端，为所述超声波换能器 (31)发出的超声波波形进行定义； [0062] 所述示波器(34)并联在分流电阻器(33)的两端，测量电压与电流之间的相位角θ； [0063] 所述超声波换能器(31)与所述分流电阻器(33)之间安装有三个电压探针，测量电 压差，从而确定所述超声波换能器(31)的阻抗，由此可以计算所述超声波换能器(31)两端 电压的均方根值V ，通过所述超声波换能器(31)电流的均方根值I 。 rms rms [0064] 需要说明的是： [0065] 在整个降温过程中，装置的瞬时输入冷却功率为： [0066] P ＝ρCVΔT C C [0067] 式中，ρ为冷却液密度，如表1；C为冷却液的比热容，如表1；V为流量传感器测得的 冷却液速；ΔT 为入口处冷却液的温度T 与出口处冷却液的温度T 之间的差值。 C C1 C2 [0068] 在超声波冷冻过程中，超声波换能器的功率为： [0069] P ＝V I cosθ US rms rms [0070] 式中，V 为超声波换能器两端电压的均方根值；I 为超声波换能器(31)电流的 rms rms 均方根值；θ为电压与电流之间的相位角。 [0071] 在试验过程中所消耗的总能量包括冷却液通过冷却块传递的冷却能量和超声波 换能器传递的超声波能量： [0072] [0073] 式中，E 为总能量；E 为冷却能量；E 为超声波能量；COP为制冷性能系数，一般取 T C US 1.8；δt为冷却功率输入时的测量时间增量，即入口处冷却液的温度T 与出口处冷却液的温 C1 度T 测量时间间距，为1s；Δt为使用超声波进行试验的总时间。 C2 [0074] 由此可以得到超声波减小水过冷度减小能量消耗的效率： [0075] [0076] 式中，η为超声波减小水过冷度减小能量损耗的效率；E 为没有使用超声波试验 T,NUS 过程的能量消耗；E 为使用超声波试验过程的能量消耗。 T,NUS [0077] 以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人 员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。 6 6 CN 215864300 U 说明书附图 1/5页 图1 图2 7 7 CN 215864300 U 说明书附图 2/5页 图3 8 8 CN 215864300 U 说明书附图 3/5页 图4 9 9 CN 215864300 U 说明书附图 4/5页 图5 10 10 CN 215864300 U 说明书附图 5/5页 图6 11 11

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