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1、流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)原理
流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)的先進(jìn)之處在于改進(jìn)了傳統(tǒng)制冰過(guò)程中的主要缺點(diǎn)，而且制出的冰以流態(tài)化冰漿的形式存在。傳統(tǒng)靜態(tài)制冰過(guò)程中，水通過(guò)自然對(duì)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(dǎo)致形成新的冰層所需的熱量傳遞必須以導(dǎo)熱的形式穿過(guò)越積越厚的原有冰層，從而嚴(yán)重的惡化了傳熱效率，致使結(jié)冰越來(lái)越困難，制冷劑提供的冷卻溫度也必須越來(lái)越低。
流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)制冰過(guò)程的最大特點(diǎn)在于首先在傳熱壁面附近制取過(guò)冷水，然后把過(guò)冷水轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)離傳熱壁面的空間里解除過(guò)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(tài)冰層導(dǎo)熱熱阻的存在，同時(shí)在液體和傳熱壁面之間又始終保持著強(qiáng)制對(duì)流的高效率換熱模式，因此整個(gè)制冰環(huán)節(jié)的傳熱系數(shù)得到大幅度提高。
另一方面，制冰過(guò)程中的換熱溫差、流量等參數(shù)都保持穩(wěn)態(tài)，并不因時(shí)間而變化，從而保證了出冰速
度的恒定，也便于系統(tǒng)的控制。流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷主要包括兩種形式，即以高砂熱學(xué)為代表的過(guò)冷水式和以Sunwell（日本）為代表的刮刀擾動(dòng)式。兩種技術(shù)在基本原理上是一致的，但形式差別較大，下面分別說(shuō)明。
(1) 過(guò)冷水式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)
過(guò)冷水式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)的基本原理是：首先把水在過(guò)冷卻熱交換器中冷卻至低于0℃的過(guò)冷狀態(tài)，然后把過(guò)冷水輸送至特殊的過(guò)冷卻解除器中解除過(guò)冷，生成大量細(xì)小的冰晶顆粒，與剩余的液態(tài)水一起形成0℃下的冰漿。這種制冰過(guò)程中最關(guān)鍵的技術(shù)在于確保流過(guò)過(guò)冷卻熱交換器的液態(tài)水具有盡可能大的過(guò)冷度，但同時(shí)又必須保證過(guò)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(yīng)有高效率的過(guò)冷卻解除技術(shù)，以確保過(guò)冷水能夠連續(xù)快速結(jié)晶。
過(guò)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(guò)冷水在換熱器內(nèi)結(jié)冰，換熱器內(nèi)表面需要進(jìn)行特殊涂層處理，同時(shí)對(duì)換熱器內(nèi)部的流場(chǎng)特性也有很高的要求，否則很難獲得足夠大的過(guò)冷度，以及避免堵塞。過(guò)冷卻解除技術(shù)也包括多種，如機(jī)械方法、熱方法、超聲波方法等。過(guò)冷水式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)的系統(tǒng)控制要求非常高，這也是該技術(shù)走向?qū)嵱没媾R的一大技術(shù)難點(diǎn)。
由于冰漿中固液兩相存在密度差，在蓄冰槽中可以循環(huán)抽取出冰漿中分離出來(lái)的液態(tài)水，再送回制冰系統(tǒng)中生成冰漿，由此可使蓄冰槽內(nèi)的冰漿固相含量（IPF）達(dá)到60% 以上。
(2) 刮刀擾動(dòng)式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)
刮刀擾動(dòng)式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)的基本原理是：水（溶液）在換熱器內(nèi)部通過(guò)換熱壁面被冷卻到低于冰點(diǎn)的過(guò)冷狀態(tài)，由于刮刀以較快的回轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，靠近換熱器換熱壁面的過(guò)冷水被及時(shí)刮離壁面，從而確保了
換熱器壁面上不會(huì)生成冰晶，如圖3所示。從壁面附近被刮出的過(guò)冷水隨即進(jìn)入水側(cè)的中心主流區(qū)，并在
主流區(qū)中經(jīng)已經(jīng)存在的冰晶顆粒促晶解除過(guò)冷，生成冰漿。與過(guò)冷水式相比，刮刀擾動(dòng)式動(dòng)態(tài)制冰系統(tǒng)無(wú)需過(guò)冷卻解除裝置。需要指出的是，這種刮刀擾動(dòng)式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)中的刮刀所起的作用是及時(shí)清除換熱壁面附近的過(guò)冷水，而非像一些傳統(tǒng)制冰機(jī)那樣用于刮除已經(jīng)生長(zhǎng)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?yàn)楣蔚度~片的強(qiáng)烈擾動(dòng)而大幅強(qiáng)化了對(duì)流換熱效果。
刮刀擾動(dòng)式動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)中最核心的技術(shù)仍然是防堵塞技術(shù)。由于刮刀擾動(dòng)十分強(qiáng)烈，過(guò)冷狀態(tài)下的水溶液非常容易在換熱壁面上結(jié)晶，一旦在壁面上結(jié)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(nèi)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(dǎo)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(diǎn)抑制劑，如乙二醇、NaCl等。由此又引入了對(duì)設(shè)備材料的防腐問(wèn)題。換熱器內(nèi)表面和整個(gè)刮刀組件都是長(zhǎng)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(zhǎng)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(xì)膩，粒徑可低于500μm，蓄冰槽冰漿固相含量（IPF）可達(dá)50% 以上。
2、流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)的先進(jìn)性及應(yīng)用
前景：流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)克服了傳統(tǒng)冰球、盤管式冰蓄冷技術(shù)中的最主要缺陷，因此一經(jīng)推出即顯示出巨大的應(yīng)用前景。從原理上和應(yīng)用上出發(fā)，可以歸納出流態(tài)化動(dòng)態(tài)冰蓄冷技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的冰球、盤管式靜態(tài)冰蓄冷技術(shù)的如下一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
（1）傳熱效率高、制冰速度快。動(dòng)態(tài)制冰過(guò)程中不但避免了因冰層聚集而引起的導(dǎo)熱熱阻，還通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流大幅度提高了系統(tǒng)的整體換熱性能，從而提高了制冰速度。
（2）制冷系統(tǒng)COP高、能耗降低。制冷蒸發(fā)溫度可以保持在-5℃～-8℃之間，而且在整個(gè)蓄冰過(guò)程中保持穩(wěn)定不下降。相對(duì)于冰球、盤管式冰蓄冷中-10℃以下的蒸發(fā)溫度（而且隨著蓄冰量的增加逐漸下降）可以顯著提高系統(tǒng)COP。 |
