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    流態化動態冰蓄冷技術
    來源:諾冰制冷   發布時間:2014-01-04

    來源:中國空調技術網

    1、流態化動態冰蓄冷技術原理

    流態化動態冰蓄冷技術的先進之處在于改進了傳統制冰過程中的主要缺點,而且制出的冰以流態化冰漿的形式存在。傳統靜態制冰過程中,水通過自然對流換熱,冰層首先在換熱壁面上形成,然后逐漸變厚。這樣就導致形成新的冰層所需的熱量傳遞必須以導熱的形式穿過越積越厚的原有冰層,從而嚴重的惡化了傳熱效率,致使結冰越來越困難,制冷劑提供的冷卻溫度也必須越來越低。
    流態化動態冰蓄冷技術制冰過程的最大特點在于首先在傳熱壁面附近制取過冷水,然后把過冷水轉移到遠離傳熱壁面的空間里解除過冷、生成冰漿。這樣就徹底避免了冰在傳熱壁面上形成的可能性,既消除了固態冰層導熱熱阻的存在,同時在液體和傳熱壁面之間又始終保持著強制對流的高效率換熱模式,因此整個制冰環節的傳熱系數得到大幅度提高。
    另一方面,制冰過程中的換熱溫差、流量等參數都保持穩態,并不因時間而變化,從而保證了出冰速
    度的恒定,也便于系統的控制。流態化動態冰蓄冷主要包括兩種形式,即以高砂熱學為代表的過冷水式和以Sunwell(日本)為代表的刮刀擾動式。兩種技術在基本原理上是一致的,但形式差別較大,下面分別說明。
      
    (1) 過冷水式動態制冰技術
    過冷水式動態制冰技術的基本原理是:首先把水在過冷卻熱交換器中冷卻至低于0的過冷狀態,然后把過冷水輸送至特殊的過冷卻解除器中解除過冷,生成大量細小的冰晶顆粒,與剩余的液態水一起形成0下的冰漿。這種制冰過程中最關鍵的技術在于確保流過過冷卻熱交換器的液態水具有盡可能大的過冷度,但同時又必須保證過冷水不能在流出熱交換器之前生成冰晶,否則換熱器將被堵塞甚至破壞。此外,還應有高效率的過冷卻解除技術,以確保過冷水能夠連續快速結晶。
    過冷卻熱交換器可以采用殼管式、套管式、板式等多種形式的換熱器。為了防止過冷水在換熱器內結冰,換熱器內表面需要進行特殊涂層處理,同時對換熱器內部的流場特性也有很高的要求,否則很難獲得足夠大的過冷度,以及避免堵塞。過冷卻解除技術也包括多種,如機械方法、熱方法、超聲波方法等。過冷水式動態制冰技術的系統控制要求非常高,這也是該技術走向實用化所面臨的一大技術難點。
    由于冰漿中固液兩相存在密度差,在蓄冰槽中可以循環抽取出冰漿中分離出來的液態水,再送回制冰系統中生成冰漿,由此可使蓄冰槽內的冰漿固相含量(IPF)達到60% 以上。
     
    (2) 刮刀擾動式動態制冰技術
    刮刀擾動式動態制冰技術的基本原理是:水(溶液)在換熱器內部通過換熱壁面被冷卻到低于冰點的過冷狀態,由于刮刀以較快的回轉速度旋轉,靠近換熱器換熱壁面的過冷水被及時刮離壁面,從而確保了
    換熱器壁面上不會生成冰晶,如圖3所示。從壁面附近被刮出的過冷水隨即進入水側的中心主流區,并在
    主流區中經已經存在的冰晶顆粒促晶解除過冷,生成冰漿。與過冷水式相比,刮刀擾動式動態制冰系統無需過冷卻解除裝置。需要指出的是,這種刮刀擾動式動態制冰技術中的刮刀所起的作用是及時清除換熱壁面附近的過冷水,而非像一些傳統制冰機那樣用于刮除已經生長在換熱壁面上的冰層。因此這種制冰方式也避免了因冰層熱阻引起的傳熱惡化,而且還因為刮刀葉片的強烈擾動而大幅強化了對流換熱效果。
    刮刀擾動式動態制冰技術中最核心的技術仍然是防堵塞技術。由于刮刀擾動十分強烈,過冷狀態下的水溶液非常容易在換熱壁面上結晶,一旦在壁面上結晶,刮刀葉片就面臨被堵塞甚至被打碎的可能。因此,刮刀式換熱器的內表面(刮刀葉片接觸面)處理要求非常光滑,而且刮刀葉片與換熱壁面之間的接觸必須緊密。另一方面,由于由純水生成的冰晶顆粒較粗,而且容易聚集硬化,更容易導致堵塞,因此此種制冰方法中往往需要在水中添加一定濃度的冰點抑制劑,如乙二醇、NaCl等。由此又引入了對設備材料的防腐問題。換熱器內表面和整個刮刀組件都是長期浸泡在乙二醇(或NaCl 等其他鹽類)水溶液中,并且處于高流速的不利腐蝕條件下,因此金屬材料必須具有特殊的耐腐蝕性能。刮刀葉片一般采用塑料材料,在與金屬換熱避免長期高速摩擦的情況下,必須具有高耐磨的性能。
    由稀濃度的乙二醇(或其他鹽類)水溶液制出的冰晶顆粒十分細膩,粒徑可低于500μm,蓄冰槽冰漿固相含量(IPF)可達50% 以上。
     
    2流態化動態冰蓄冷技術的先進性及應用
     
    前景:流態化動態冰蓄冷技術克服了傳統冰球、盤管式冰蓄冷技術中的最主要缺陷,因此一經推出即顯示出巨大的應用前景。從原理上和應用上出發,可以歸納出流態化動態冰蓄冷技術相對于傳統的冰球、盤管式靜態冰蓄冷技術的如下一些技術優勢:
    1)傳熱效率高、制冰速度快。動態制冰過程中不但避免了因冰層聚集而引起的導熱熱阻,還通過強制對流大幅度提高了系統的整體換熱性能,從而提高了制冰速度。
    2)制冷系統COP高、能耗降低。制冷蒸發溫度可以保持在-5℃~-8之間,而且在整個蓄冰過程中保持穩定不下降。相對于冰球、盤管式冰蓄冷中-10以下的蒸發溫度(而且隨著蓄冰量的增加逐漸下降)可以顯著提高系統COP
     
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