流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)

流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)的先進之處在于改進了傳統(tǒng)制冰的中過程主要缺點，而且制出的冰以流態(tài)化冰漿制做的形式存在。傳統(tǒng)靜態(tài)制冰原核細胞中，水通過大自然對流換熱，冰層外壁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(jié)冰愈加困難，制冷劑提供的溫度也必須越來越低。流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)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，然后把過水銀轉(zhuǎn)移到遠離傳熱壁面梁柱的空間里解除過冷、生成冰漿。這樣就徹底避免了在傳熱壁面上形成的可能性，既消除了固相冰層導熱牽涉到熱阻的存在，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(huán)節(jié)的傳熱系數(shù)大幅度提高。另一方面，制冰操作過程中的換熱溫差、流量等參數(shù)都保持穩(wěn)態(tài)，并不因微秒而變化，從而保證了出冰速度的恒定，也便于系統(tǒng)的控制。六種流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷主要包括兩種形式，即以高砂熱學為代表的溫水過涼水式和以Sunwell(日本)為代表的筒擾動式。兩種二種技術(shù)在基本原理上才是一致的，但形式差別較大，下面分別說明。過水銀式動態(tài)制冰技術(shù)過熱水式動態(tài)制冰技術(shù)的式基本原理是：首先把水在過冷卻熱交換器中冷卻至低于0°C的過冷狀態(tài)，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基質(zhì)，與剩余的液態(tài)水一起形成0C下的冰漿。這種制冰投資過程中確保關(guān)鍵的技術(shù)在于最流過過冷卻熱交換器的液態(tài)水具有盡可能大的過冷度，但同時之前需要保證過冷水不能在流出熱交換器又生成冰晶，否則換熱器將被堵塞甚至破壞。此外，還應有高效率的過關(guān)鍵技術(shù)冷卻解除技術(shù)，以確保過冷水能夠連續(xù)快速結(jié)晶。過冷卻蛋殼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(nèi)結(jié)冰，換熱器內(nèi)表面需要或進行特殊涂層處理，同時對換熱器內(nèi)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。過冷卻基礎(chǔ)理論解除關(guān)鍵技術(shù)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(tài)制冰技術(shù)的系統(tǒng)控制要求非常高，這也是該技術(shù)走向所面臨的一大技術(shù)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(huán)抽取出冰漿中分離出來的液態(tài)水，再送回制冰管理系統(tǒng)中生成冰漿，由此可使蓄冰槽內(nèi)的冰漿固相含量（IPF）達到60%以上。（2）刮刀擾動式動態(tài)制冰技術(shù)刮刀式動態(tài)制冰技術(shù)的基本原理是：水（溶液）在換熱器內(nèi)部通過換熱壁面被冷卻到低于冰點的過冷狀態(tài)，由于曲枝輪轉(zhuǎn)以較快的回轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，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淺浮雕冰晶，如圖3所示。從壁面旋即附近被刮出的過冷水再次進入水側(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冷，生成冰漿。與過冷水式相比，刮刀擾動分離式式動態(tài)制冰系統(tǒng)無需過冷卻解除裝置。需要指出的是，這種刮刀擾動式動態(tài)制冰技術(shù)中的刮刀所起的作用是及時清除換熱壁面附近的過冷水，而非像一些制冰機那樣用于刮除已經(jīng)生長在換熱壁面上的冰層。因此這種制冰方式引致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(tài)制冰技術(shù)中最核心雖然的技術(shù)仍然是防堵塞技術(shù)。由于刮刀擾動十分濃厚，過冷狀態(tài)下的水溶液更易在換熱常會壁面上結(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)表層（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，純水由于由純水生成的冰晶冰晶較粗，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一定水中添加在濃度的冰點抑制劑，如乙二醇、NaCl等。由此又引入了對設(shè)備材料的防腐問題。換熱器內(nèi)表面和整個刮刀空氣冷卻組件都是長期浸泡在乙二醇（或NaCl等其他鹽類）水溶液中，并且處于高流速的之下不利腐蝕條件下，因此金屬材料必須具有特殊的耐腐蝕性能。莖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，必須具有高耐磨的穩(wěn)定性。由稀濃度的乙二醇（或其他鹽類）氫氧化鈉水溶液制出的冰晶顆粒十分細膩，粒徑可低于500mm，蓄冰槽冰漿固相含量（IPF）可達50%以上。流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)的及應用前景：流態(tài)化動態(tài)工藝技術(shù)冰蓄和暖技術(shù)克服了傳統(tǒng)冰球、盤管式偏差冰蓄冷技術(shù)中的最主要缺陷，因此一經(jīng)率先推出即顯示出巨大的應用前景。從原理上和應用上出發(fā)，可以歸納出流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)相對于傳統(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:（1） 傳熱效率高、制冰速度快。動態(tài)制冰過程中不但避免了因冰層聚集而引起的導熱熱阻，還通過對流強制對流大幅度提高了系統(tǒng)的整體供電系統(tǒng)性能，從而不斷提高了制冰速度。（2） 制冷系統(tǒng)COP高、能耗降低。制冷蒸發(fā)溫度可以繼續(xù)保持在-5°C?-8°C之間，而且在整個蓄冰過程中保持穩(wěn)定不下降。相對于冰球、盤管式冰蓄冷中-10C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。（3） 融冰速度快、負荷響應靈敏。由于動態(tài)冰蓄冷制出的冰以冰漿形式客觀存在，因此在融冰釋冷時冰晶與水之間接觸面積大，融化速度快，可以快速響應空調(diào)末端負荷的變動。（4） 占地面積小、場地適應性強。動態(tài)冰蓄冷無需盤管、冰球等預制設(shè)備，因此蓄冰槽有效利用率提高，占地空間減小，而且對空間形狀要求降低，場地適應性增強。（5） 熱交換系統(tǒng)簡單、節(jié)省設(shè)備和材料費用。動態(tài)冰蓄冷技術(shù)中會中的冰漿生成熱交換器可以采用制冷劑直接蒸發(fā)，省去了冰球、盤管式冰蓄冷中必須采用的不凍液換熱循環(huán)，因此帶來換熱設(shè)備和材料費用的節(jié)省，增加了初投資費用。無論從能效還是經(jīng)濟角度出發(fā)，動態(tài)冰蓄冷技術(shù)上均有優(yōu)于遠高于傳統(tǒng)冰球、盤管式冰蓄冷的顯著優(yōu)勢。在各類模塊大中型中央空調(diào)系統(tǒng)、區(qū)域供冷、化工工藝、土建集成等行業(yè)和領(lǐng)域都有動態(tài)冰蓄冷的廣闊應用前景。當前，我國已經(jīng)有許多省市實行了針對冰蓄冷空調(diào)的電價政策，如浙江、江蘇、上海、北京、深圳等，其他地方也都在相繼制定之中。因此，動態(tài)冰蓄冷實用技術(shù)的突破必將為我國的蓄冷空調(diào)行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。國內(nèi)外技術(shù)研究成果現(xiàn)流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷專利技術(shù)從上世紀90年代末開始在日本展開研究。到目前為止，已經(jīng)有包括高砂熱學、Sunwell（日本）等公司成功出新型的動態(tài)冰蓄冷技術(shù)。其中高砂熱學最早掌握過冷水式動態(tài)冰蓄冷的商業(yè)化實用技術(shù)，而Sunwel］（日本）則最早掌握了刮刀擾動式動態(tài)冰蓄冷的商業(yè)化實用技術(shù)。目前兩種技術(shù)都已在日本大量應用。然而，在我國不但沒有動態(tài)冰蓄冷空調(diào)的實例，就連基礎(chǔ)研究也非常少見。清華同方在過冷水動態(tài)制冰方面做了一定程度的基礎(chǔ)性研究。迄今為止，僅中國科學院廣州能源研究所對此技術(shù)進行了系統(tǒng)深入的研究。從2003年起，中國科學院廣州能源研究所開始了對流態(tài)化動態(tài)冰蓄冷技術(shù)的全面研究。成功突破熱交換器堵塞、超聲波促晶、以及動態(tài)劉弘建等關(guān)鍵技術(shù)，建立了新風尚流態(tài)化動態(tài)制冰標桿系統(tǒng)，研制成功我國擁有自主知