动态冰浆蓄冷系统及其特性

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1、动态冰浆蓄冷系统及其特性摘要：动态冰浆由于具有较好的热物理和传热特性，现已被应用于蓄冷空调系统和工业处理过程中。本文介绍了冰浆的各种发生方法和装置，分析了动态冰浆蓄冷空调系统工作过程，阐述了冰浆的动态特性和潜在应用。关键词：冰浆动态特性蓄冷空调1前言冰浆是由微小的冰晶和溶液组成，而溶液通常是由水和冰点调节剂（如乙二醇、乙醇或氯化钠等）构成。由于冰晶的融解潜热大，使得冰浆具有较高的蓄冷密度；同时由于冰晶具有较大的传热面积，使其具有较快的供冷速率和较好的温度调解特性。它不象传统的盘管式（内融冰、外融冰）和封

2、装式（冰球、冰板）蓄冷系统的冰凝结在换热器的壁面上，增加了冰层的传热热阻，使其传热效率较低。冰浆蓄冷系统现已被用于空调系统中，夜间低谷时蓄冷，白天高峰时供冷，冰浆蓄冷空调系统的容量一般只有高峰冷负荷的20%—50%，使其整个系统小巧、紧凑。由于冰浆蓄冷空调系统具有低温送风特性，使得整个空调系统的风管、水管尺寸减小，冷量输送的功耗也大为降低，运行成本减小。2冰浆发生装置常用的产生冰浆的方法有如下几种：过冷法、刮削法、喷射法和真空法等。2.1过冷法如图1所示为过冷法冰浆发生系统。在过冷换热器中，水被过冷到-

3、2℃，当其离开过冷器时，大约2.5%的过冷水变成冰晶，其余大部分仍是液相，产生的冰晶落入蓄冷槽，在蓄冷槽内由于冰、水的密度差，冰晶聚集在蓄冷槽的上部，而水储存在蓄冷槽的下部，其水温仍保持约0℃。夜间低谷时，蓄冷系统产生冰晶，使蓄冷槽内的冰晶浓度达到20%—30%；白天高峰时，蓄冷槽底部的冷水被送到空调末端换热器中向房间供冷。图1过冷法冰浆发生系统[1]1—制冷机组2—载冷剂（乙二醇溶液）泵3—冰浆发生器4—-2℃过冷态水5—过冷态释放装置6—喷嘴7—水层8—冰层9—0℃水10—水泵11—预热器12、13

4、—调节阀2.2刮削法如图2所示为刮削法冰浆发生系统，它由压缩机、冷凝器、节流装置、壳管式蒸发器构成，制冷剂在壳侧蒸发吸热，乙二醇溶液（6%—10%）在管内被冷却，当温度降到其凝固点以下时，溶液中产生微小的冰晶（约100μm），为了防止冰晶粘附在管内壁上，安装了一个旋转刮削板，将内壁上粘附的冰晶刮下随溶液一起送出蒸发器、进入蓄冷槽，冰浆的浓度可以根据其运行条件进行调节，一般为0%—35%。图2刮削法冰浆发生系统[2]1—压缩机2—冷凝器3—节流装置4—蒸发器5—吸气储液器6—载冷剂7—冰浆8—制冷剂液体9

5、—制冷剂气体10—搅拌器2.3喷射法如图3所示为喷射法冰浆发生系统，它是利用两种互不相溶流体间的换热来产生冰晶的，由制冷系统将不溶于水且比水重的流体冷却到水的冰点以下，然后由泵将流体送入喷射器产生高压并从溶液罐的上部抽吸水，由于在喷射器中产生了足够的扰动和冷却效果，使得普通的水产生冰晶。一旦冰浆混合物到达溶液罐内，较轻的冰晶漂浮在中、上部，而较重的传热流体则沉降在底部，并用于系统再循环。图3喷射法冰浆发生系统1—制冷剂进2—制冷剂出3—换热器4—喷射器5—冰浆发生器6—溶液进7—冰浆出8—循环泵2.4真

6、空法水的饱和温度是随压力变化的，水在压力为0.0061bar、温度为0.01℃时达到其三相点。如果在真空室内喷入水，并将由水滴表面产生的水蒸气连续地抽出，被抽出的水蒸气由于吸收了液滴的热量，结果使液滴温度下降直至变成冰粒子，由液滴表面产生的水蒸气由机械压缩装置抽走，被压缩的水蒸气再由凝结器冷凝成水。如图4所示为真空法冰浆发生系统，它由水供应系统、真空室、蒸气压缩机、蒸气凝结器和真空泵构成。水供应系统是由水罐、水泵和喷嘴组成，水泵将水加压至0.7MPa后供给喷嘴，真空室实际上是一个蒸发器，在真空室的上部空

7、间布置有中空锥形的喷嘴，压缩系统是由两级压缩机组成，水凝结器采用壳管式换热器，用自来水作冷却水，真空泵用来抽出系统中的不凝气体。图4真空法冰浆发生系统[3]1—真空泵2—排气3—冷凝器4—冷凝罐5—冷却水进6—冷却水出7—第二级压缩装置8—第一级压缩装置9—真空喷射室10—冰晶11—水泵12—水罐13—水3动态冰浆蓄冷空调系统如图5所示为自然循环式冰浆蓄冷空调系统。该系统采用了供热、供冷两个循环回路，每个循环回路都由冷凝器、蒸发器和调节阀组成，供冷回路的蒸发器和供热回路的冷凝器安装在空气处理箱内，用于调

8、节向室内供应空气的温、湿度。图5自然循环式冰浆蓄冷空调系统[1]1—冰浆发生器2—蓄冷罐3—循环泵4—供冷模式冷凝器5—供冷模式蒸发器6—供热模式冷凝器7—空气处理箱8—供热模式蒸发器9—冰浆由冰浆发生器产生的冰浆储存在蓄冷罐中，然后由泵输送到供冷回路的冷凝器中，来自蒸发器的制冷剂蒸气在该冷凝器中冷凝成液体，并利用重力流回到蒸发器中，蒸发冷却通过空气处理箱的空气。在供热回路中，由冰浆发生器产生的热量供给制热回路中的蒸发器，来自空气处理箱中冷