不完全冻结式冰盘管融冰过程的实验研究

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1、摘　要：通过不完全冻结式冰盘管融冰过程的实验研究，分析了水平排列管束外环水温度的变化特性，得出了融冰后期环水升温的过程存在一个升温平台的结论，进而研究了不同初始蓄冰量等因素对环水温度变化特性的影响。　　关键词：冰蓄冷；不完全冻结；融冰过程TemperaturevariationinsurroundingwaterduringdischargeforapartiallychargediceoncoilthermalstoragetankLIHaijun,CHENGuobang,WUGuangqing(InstituteofRefrigerationa

2、ndCryogenicEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)　　Abstract:Theexperimentalinvestigationsforthepartialchargedmethodofinternalmelticeoncoilduringadischargingcyclewerecarriedout.Characteristicsofwatertemperaturevariationaroundthetubesalignedhorizontallyinthetankwere

3、analyzed.Theexperimentalresultsshowthattheincreasingprocessofwatertemperatureinsurroundingswillstagnatebytheendofadischargingcycle.Thenthispapermakesafurtherresearchoftheeffectsofinitialicestoragecapacityandotherfactorsonthecharacteristicsofwatertemperaturevariationinsurroundin

4、gs.　　Keywords:icestoragetank;partialcharging;dischargingcycle0引言　　冰蓄冷空调技术，是在电力负荷较低的夜间用电低谷期采用制冷机制冷，利用冰的潜热特性，将冷量储存起来，在电力负荷较高的白天用电高峰期，把冰中储存的冷量释放出来满足建筑物空调或生产工艺的要求，从而达到转移尖峰电力负荷、节省电费和降低设备容量等目的。　　在当前使用的多种蓄冰系统中，内融冰盘管式蓄冰槽具有可靠性好、制冰率(IcePackingFactor，简称IPF)高、融冰速率快等优点，因此得到了广泛的应用。内融式冰盘管在制冰和

5、融冰过程中，蓄冰槽内部的水静止不动，只借助于盘管内的载冷剂的温度变化来实现制冰和融冰，与蓄冰结束时蓄冰槽内需保持50％以上冷水预备抽水融冰的外融冰盘管式冰蓄冷系统相比[1]，内融冰盘管式冰蓄冷系统在蓄冰时蓄冰槽内不需预留用以抽水融冰的冷水，从而系统具有较高的制冰率，可以达到70%以上[1]，因此这种内融式冰盘管有时候也被称为完全冻结式冰盘管。但是，在完全冻结式冰盘管的融冰过程中，融冰主要靠紧贴盘管外壁面已融化的水与未融化的冰之间的自然对流和已融化的水的导热来进行换热（如图1a所示）。随着融冰过程的进行，盘管外表面与冰之间的水层逐渐变厚，使得换热热阻逐

6、渐增大（主要是水的导热热阻增大），使得盘管出口温度逐渐升高，而融冰速率逐渐变小。尤其是在融冰过程后期，蓄冰槽内的余冰难以融化，冷量难以完全释放，文献2、3中的实验结果均说明了这一点。为了克服完全冻结式冰盘管这一缺点，文献4提出不完全冻结式冰盘管这一概念，它是指在蓄冰结束后，在蓄冰槽内水平排列的管束周围还存在少量液态水（以下简称环水，如图1b所示），融冰时在这部分环水的浮力作用下，冰层与盘管的底部能保持良好接触，从而改善载冷剂与冰水之间的传热性能，保证稳定的融冰速率和较低的载冷剂出口温度。由于蓄冰结束时须保留少量液态水，该系统的制冰率较完全冻结式低，但

7、具有融冰速度快、出口温度低等优点。　　从图1b中可以看出，在不完全冻结式融冰过程中，冰层外表面与静态环水之间的换热方式主要是自然对流。由于融冰过程中盘管紧贴着冰层底部，冰层比完全冻结式融破得早（过程3），而冰层破碎后形成的碎冰上浮促进了蓄冰槽内环水的自然对流换热（过程4），进而对蓄冰槽的整体传热性能产生一定的影响。研究管束外环水温度的变化特性有助于深入理解不完全冻结式冰盘管的融冰特性。因此，本文实验研究了不完全冻结式冰盘管融冰过程中环水温度的变化特性，并在此基础上讨论了初始蓄冰量等因素对环水温度变化特性的影响。1实验设备简介　　本文为验证模型而搭建

8、的实验台主要由制冷主机和蓄冰设备两部分构成，图2a为系统流程简图。制冷主机为双工况风冷机组，名义制冷量17.