板冰/冷水機(jī)組的運(yùn)行特征及應(yīng)用

萬麗娜等

摘 要：相對于常規(guī)制冷系統(tǒng)，冰蓄冷系統(tǒng)由于有著諸多突出優(yōu)點(diǎn)而越來越被重視并被廣泛應(yīng)用。冰蓄冷技術(shù)有多種類型，其中，以板冰/冷水機(jī)組為代表的動態(tài)冰蓄冷技術(shù)綜合性能比較突出，是近年來研究的重點(diǎn)，本文著重論述了板冰/冷水機(jī)組的工作原理介紹了板冰/冷水機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用形式及領(lǐng)域，對其發(fā)展前景做了展望。

關(guān)鍵詞：動態(tài)冰蓄冷 板冰/冷水機(jī)組 應(yīng)用 發(fā)展前景

改革開放以來，我國隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對電力需求的增長速度越來越快，其用電結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)峰谷極不均衡且發(fā)展態(tài)勢越來越嚴(yán)重的狀況。為解決用電結(jié)構(gòu)不均衡的問題，首先是地方在電力政策、電價(jià)結(jié)構(gòu)及其它方面都出臺了許多優(yōu)惠政策。另外，我國《能源中長期規(guī)劃》中也明確提出要大力發(fā)展具有“削峰填谷”功能的冰蓄冷技術(shù)。對用戶來講，冰蓄冷技術(shù)雖不節(jié)能卻是經(jīng)濟(jì)的蓄能方式，于是，冰蓄冷技術(shù)在我國得到了快速的發(fā)展。實(shí)際上，國外對蓄冷技術(shù)的研究很早就開始了，而且發(fā)展水平相對比較高。

1 板冰/冷水機(jī)組工作原理

板冰/冷水機(jī)組為片冰滑落式動態(tài)制冰[1]，工作時(shí)，制冷劑由制冷系統(tǒng)進(jìn)入蒸發(fā)板夾層內(nèi)側(cè)蒸發(fā)制冷，與蒸發(fā)板表面上的水或冰層進(jìn)行熱交換，吸收熱量而蒸發(fā)為氣態(tài)，再被制冷機(jī)組吸入、壓縮、冷凝和節(jié)流，重新進(jìn)入蒸發(fā)板蒸發(fā)制冷而完成制冷循環(huán)。水在循環(huán)水泵的作用下由貯水箱進(jìn)入蓄能模塊上部的布水器，通過布水器的均勻分配，沿蒸發(fā)板表面呈膜狀均勻流下，被蒸發(fā)板內(nèi)側(cè)的制冷劑快速凍結(jié)成板狀冰。未被凍結(jié)成冰的水流回貯水箱，重新被水泵抽出進(jìn)入蓄能模塊上部的布水器而完成水循環(huán)。當(dāng)冰層在蒸發(fā)器上逐漸凍結(jié)至一定厚度時(shí)，由主機(jī)模塊引高溫排氣入降膜蒸發(fā)板夾層內(nèi)側(cè)，蒸發(fā)板內(nèi)溫度升高，與蒸發(fā)板表面接觸的冰由于受熱失去附著力，同時(shí)沿蒸發(fā)板表面噴淋的水在冰層與蒸發(fā)板之間形成水膜，冰層依靠重力滑落到蒸發(fā)板下部蓄冰槽內(nèi)，破碎成較小的片狀冰。

2 板冰/冷水機(jī)組應(yīng)用形式

板冰/冷水機(jī)組的應(yīng)用范圍很廣，即可輸出冷水也可輸出冰，可用在多種用冷用冰的場所。

2.1 冷水輸出

適用于工業(yè)冷凍、食品加工，特別是加工過程冷卻，短時(shí)間內(nèi)制冷、冷負(fù)荷波動大的地方。如：小型釀酒廠、牛奶車間、牛奶農(nóng)場、奶酪車間、飲料車間、食品加工車間。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，采用板冰/冷水機(jī)組冰蓄冷制取冷水，夜間利用低價(jià)電力蓄冰，白天融冰為螺旋預(yù)冷機(jī)提供冷水。板冰/冷水機(jī)組蒸發(fā)板制冷水時(shí)換熱效率非常高，直接制取冷水是非常適合的，如果夜間沒有蓄冰，白天需要冷水時(shí)，也可直接制取冷水。

2.2 片狀冰輸出

適用于食品工藝?yán)鋮s、保鮮、遠(yuǎn)洋捕撈、海水淡化、滑雪場人工造雪、高溫深井冷卻等行業(yè)。目前，制冰多采用鹽水制冰機(jī)和片冰機(jī)，而板冰/冷水機(jī)組也適用于大部分使用冰的地方。

板冰/冷水機(jī)組所做冰為片狀冰，用做食品降溫和保鮮時(shí)，與貨物接觸面大[2]，降溫和保鮮效果非常好。與片冰機(jī)相比，板冰/冷水機(jī)組所制片狀冰厚度為10mm左右，冰融化的速度適中，可保持相當(dāng)長時(shí)間。

3 板冰/冷水機(jī)組應(yīng)用領(lǐng)域

板冰/冷水制冰機(jī)組制冰在常規(guī)有冰需求領(lǐng)域應(yīng)用效果不錯(cuò)，在部分領(lǐng)域有了更新發(fā)展，與鹽水制冰和片冰機(jī)制冰相比，有很多優(yōu)勢，下面列舉部分實(shí)例以進(jìn)一步說明板冰/冷水制冰機(jī)組的具體應(yīng)用。

3.1 食品工藝?yán)鋮s、保鮮

以家禽屠宰行業(yè)為例，制冷工程多采用氨系統(tǒng)，一般含有水預(yù)冷、風(fēng)冷、手工分割間車間空調(diào)、凍結(jié)、冷藏等，其中，水預(yù)冷、風(fēng)冷、手工分割間車間空調(diào)劃分為-10℃蒸發(fā)系統(tǒng)。在水預(yù)冷段，為使螺旋預(yù)冷機(jī)出貨溫度保持在0℃～4℃，需要在螺旋預(yù)冷機(jī)出貨端1/4處設(shè)置制冰機(jī)[4]，不斷的往水中加冰以使水溫保持在0℃～4℃。如果家禽白條在冷卻后以冰鮮產(chǎn)品上市，為保持其新鮮，需要在上面覆一層冰，冰要求有足夠大的表面積、融化速度適中。這是家禽屠宰行業(yè)主要的兩個(gè)用冰環(huán)節(jié)。

3.2 海水淡化

海水淡化有多種方式，各有優(yōu)劣。為了充分發(fā)揮各種技術(shù)方式的特長，提高淡水產(chǎn)量和降低淡化成本，將不同淡化方式進(jìn)行組合應(yīng)用是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

當(dāng)水中含有無機(jī)鹽或其他有機(jī)質(zhì)時(shí)，冰點(diǎn)降低。如果將鹽水冷卻到冰點(diǎn)以下，則純凈的水將先結(jié)成冰，而無機(jī)鹽或其它有機(jī)雜質(zhì)被留在原液中。冰塊中所含鹽分很少，經(jīng)過洗滌，加熱融解就可以得到淡水的初成品。因?yàn)榈墨@取不是通過水蒸發(fā)冷凝獲得，進(jìn)料海水的前處理無需脫氣處理，中間處理無需為了防止蒸發(fā)過程中被夾帶海水的污染而設(shè)置捕沫網(wǎng)，工藝簡化了很多。

冷凍法海水淡化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上都具有一定的優(yōu)勢，在鹽分濃度不高時(shí)，采用膜反滲透進(jìn)行淡化的效率和淡水產(chǎn)品品質(zhì)較高。綜合各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，選擇冷凍法做前處理，用膜反滲透法做后續(xù)處理是十分理想的海水淡化組合方式。由于冷凍法淡化相對于膜反滲透法淡化的綜合費(fèi)用較低，操作簡單方便，選擇進(jìn)行3次冷凍法淡化做前處理[3]，進(jìn)行一次膜反滲透法淡化做后處理。

在制冷設(shè)備的選擇上，綜合考慮蒸發(fā)溫度、設(shè)備安裝、結(jié)冰速度的適中程度等因素，以板冰/冷水機(jī)組最為合適。特別是海水淡化是用于遠(yuǎn)洋艦船上的時(shí)候，以板冰/冷水機(jī)組3次降膜冷凍法淡化做前處理，進(jìn)行一次膜反滲透法淡化做后處理是最理想的。

3.3 滑雪場人工造雪

目前，在日本，滑雪場人工造雪基本上采用板冰/冷水機(jī)組制冰。以片冰鋪底200mm，再把片冰粉碎成雪狀鋪于表層。

片冰機(jī)所制片冰不適用于滑雪場。因?yàn)楹穸忍?，融化速度過快，不適用于鋪底。同時(shí)，因?yàn)橹票碾娏枯^大，也不適用于造雪鋪于表層。

3.4 高溫深井冷卻

對于深度超過3000m的高溫地帶（例如南非金礦）、煤礦深井的空調(diào)系統(tǒng)采用常規(guī)的空氣處理及冷水機(jī)組存在著空氣處理量大、空氣溫升大，設(shè)備地下安裝困難、運(yùn)行危險(xiǎn)，設(shè)備地面安裝上下水管占地面積大、冷卻進(jìn)水水溫度無法保證等問題。

目前，可以通過“地面制冰、井下降溫”的方案處理空調(diào)系，具有適應(yīng)性強(qiáng)、輸送簡單、可充分利用冰的潛熱、適用于井下大面積降溫等優(yōu)點(diǎn)。該方案已在山東新汶孫村礦使用，平均降低5℃～7℃，降溫效果明顯[4]。

以往，大都采用片冰機(jī)制冰。現(xiàn)在，板冰/冷水機(jī)組逐步取代片冰機(jī)進(jìn)行制冰，板冰/冷水機(jī)組相對于片冰機(jī)的優(yōu)勢在于蒸發(fā)溫度高，耗能少，同時(shí)，是比較適用于保鮮的冰。還有很多用冰需求的其它行業(yè)，在此不再一一詳述。

4 板冰/冷水機(jī)組前景展望

板冰/冷水機(jī)組用于冰蓄冷技術(shù)較一般靜態(tài)冰蓄冷技術(shù)有著諸多優(yōu)勢，在未來冰蓄冷技術(shù)的發(fā)展中將占有越來越重要的地位。同時(shí)，板冰/冷水機(jī)組的應(yīng)用范圍很廣，即可輸出冷水也可輸出冰，可用在多種用冷用冰的場所，因此，板冰/冷水機(jī)組將逐步淘汰落后的冷水制取工藝和鹽水制冰工藝，在多個(gè)領(lǐng)域?qū)⒅鸩教娲哪茌^高的片冰機(jī)，發(fā)展前景十分廣闊。

但是，我們同時(shí)也應(yīng)看到以板冰/冷水機(jī)組為代表的動態(tài)冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)還不完善，存在著一些問題尚待深入研究，這也有待于諸多制冷行業(yè)同仁們的努力，使其逐步完善，在眾多領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 章學(xué)來.蓄冷蓄熱技術(shù)[M]，大連海事大學(xué)出版社發(fā)行，2006年1月第1版.

[2] H C Fischer. Development and Testing of a Single-Plate and a Two-Plate Ice-Maker Heat Pump，OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY[M]，OPERATED BY UNION CARBIDE CORPORATION·FOR THE DEPARTMENT OF ENERGY.

[3] 方貴銀.蓄冷空調(diào)工程實(shí)用新技術(shù)[M]，人民郵電出版社，2000年5月第1版.

[4] 程建杰，陳汝.空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化—冰蓄冷低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng).制冷節(jié)能[J]，1999（6）34-37.