基礎知識提問與回答:過冷水冰漿制冰的原理是什么?答:一般我們會認為水的凝固點為 0℃,也就是水在 0℃以下會凍結,但實際上,水在 0℃以下仍會以過冷水的型態存在,這是因為由液態水轉變成冰的過程存在有一個能量狀態,水需要克服這個能量障礙才能結冰。結冰過程需要兩個關鍵因素:凝結核和低溫。普通的自來水較低可以形成-5℃~-6℃的過冷水,所以只要控制好溫度、材料、結構、流速、壓力等參數,就可以確保穩定地產生-2℃的過冷水,過冷水進入冰漿發生器中,冰漿發生器提供凝結核,過冷水即成為冰漿(冰水混合物),儲存在蓄冰罐中。某食品加工廠利用冰漿蓄冷系統,優化生產流程,提高生產效率。江蘇蒸發式冰漿蓄冷保溫
冰漿發生裝置,常用的產生冰漿的方法有如下幾種:過冷法、刮削法、噴射法和真空法等。過冷法,過冷法冰漿發生系統。在過冷換熱器中,水被過冷到-2℃,當其離開過冷器時,大約2.5%的過冷水變成冰晶,其余大部分仍是液相,產生的冰晶落入蓄冷槽,在蓄冷槽內由于冰、水的密度差,冰晶聚集在蓄冷槽的上部,而水儲存在蓄冷槽的下部,其水溫仍保持約0℃。夜間低谷時,蓄冷系統產生冰晶,使蓄冷槽內的冰晶濃度達到20%—30%;白天高峰時,蓄冷槽底部的冷水被送到空調末端換熱器中向房間供冷。北京淡水冰漿蓄冷冰漿在制備過程中,循環水流經冰漿發生器,冰粒逐漸形成。
冰漿蓄冷的技術優勢,冰蓄冷技術發展至今主要經歷了三個重要的發展階段。首先是上個世紀80年代的冰球制冷方式,其次是90年代開始的盤管技術,2020年代后的第三代是冰漿的方式。宋文吉介紹稱,與現有蓄冷技術相比,冰漿具有成本低、制冰能效高、負荷響應速度快、占地面積小等突出優勢,國內自2010年開始興起,經歷十年發展,中國蓄冷儲能技術正在進入冰漿蓄冷時代。冰漿制取的基本原理,冰漿蓄冷充分利用水的過冷特性,在時間和空間上將換熱和相變解耦,做到“換熱時不相變,相變時不換熱”,由此大幅提高系統效率。
綜合起來冰漿蓄冷技術克服了盤管和冰球蓄冷技術中固有的幾個難題,歸結如下:(盤管和冰球制冰工況只有空調工況制冷的 0.65,衰減很大且在制冰過程中,隨著冰層的加厚,制冷效率越來越低,當制冰結束時制冷量只有額定制冰工況的一半)冰漿制冰效率高 20%以上紊流狀態的液液交換創造了很好的傳熱條件,這是盤管和冰球無法相比的;-3°℃的蒸發器出水溫度保證了制冷效率比盤管和冰球的-6℃高 10%以上;水的結冰不像盤管和冰球附著在管壁上,保證了蓄冰 8 小時過程中穩定的制冷效率。冰漿蓄冷技術的展望:更高效、更經濟、更環保。
如圖 6所示為熱回收式冰漿蓄冷空調系統。在冷運行式時,制冷循環中的風冷冷凝器工作,二元溶液從蓄冷罐被泵送到冰晶發生器,產生的冰晶再輸送到蓄冷罐的底部在蓄冷罐內冰晶聚集在其上部。供冷運行時,二元的冰漿溶液被送到中間換熱器,將冷量傳遞給來自末端機組的冷媒水;從中間換熱器返回的溫度較高的溶液被噴灑在罐內上部的冰晶上,冰晶溶化后,溶液溫度再下降。在熱回收運行模式時,風冷冷凝器不工作、水冷冷凝器開始工作,水冷冷凝器釋放的熱量傳遞給末端機組,適用于既需要制冷、又需要制熱的多功能建筑。冰漿蓄冷技術在實際應用中,為各行各業帶來了明顯的效益。北京淡水冰漿蓄冷
冰漿蓄冷技術的關鍵在于精確控制冰漿的制備、儲存和釋冷過程。江蘇蒸發式冰漿蓄冷保溫
冰漿的壓力降隨速度和冰晶濃度的變化。冰漿的壓力降與其摩擦系數、冰晶流動速度和冰晶濃度有關。在低速流動時,冰漿溶液出現了相分離,冰晶漂浮在通道的上部,這將增加不同濃度冰漿溶液間的壓力降變化。從圖8中可以看出,在低速流動時,不同濃度的冰漿溶液間的壓力降差別變化較大,這是由于低速流動時冰晶漂浮在通道上部,引起冰漿有效流通截面積減小,從而使其流速增加,阻力變化較大;同時通道上部聚集的冰晶也使其摩擦阻力增大。在高速流動時,不同冰漿濃度溶液與冷水之間壓力降差值變化較小,這是由于高速流動使得冰漿溶液成為均勻流動。江蘇蒸發式冰漿蓄冷保溫