冰蓄冷研究的现状与展望

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1、冰蓄冷研究的现状与展望　　清华大学张寅平*中国科学技术大学邱国佺**Presentstateandperspectivesoficecoolstorageresearch　　ByZhangYinpingandQiuGuoquan 提要　　对冰蓄冷技术的研究和开发现状作了综述，讨论了其中尚未解决的一些问题及技术难点，展望了近期冰蓄冷研究和开发的走向。关键词　　冰蓄冷空调换热Abstract　　Reviewsthecurrentstatusofresearchanddevelopmentoficecoolstoragetechnology.Describesanddiscusses

2、sometechnicalproblemsandnewkeytechnologies,presentspossibledevelopmentoficecoolstorageinthenearfuture.Keywords　　icecoolstorage，air-conditioning，heatexchange1引言　　世界上很多国家都在想方设法降低电网负荷的峰谷差，而空调电耗对电网负荷有很大的影响，因此，低能耗、可用电网低谷电的空调设备及相应的蓄冷技术和系统的研究开发就成了近年来空调、储能领域的国际性热门课题，其中，尤以冰蓄冷空调的研究和应用受到研究者重视。这方面，美国、日本

3、等发达国家的研究和应用水平较高。本文基于对日本在该领域研究状况的分析，对冰蓄冷研究的现状和今后的研究方向作一简单的介绍，希望对我国正在崛起的蓄冷空调的研究和开发有所帮助。2蓄冷空调的研究和开发现状　　2．1制冰方法的分类和评述　　与水蓄冷相比，冰蓄冷系统的优点是：蓄冷密度高，使蓄冷槽体积较小；温度稳定，便于控制；热设计的灵活性强。　　冰蓄冷中的制冰方式主要有两种：①静态制冰方式，即在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身始终处于相对静止状态；②动态制冰方式，该方式中有冰晶、冰浆（iceslurry）生成，且冰晶、冰浆处于运动状态。　　静态制冰由于系统简单，现已成为应用中冰蓄冷系统的主

4、流。然而，静态制冰法也有自身的缺点：冰层的增厚使热阻增大，导致冷冻机的性能系数（COP）降低；一些静态系统中冰块的相互粘连导致水路堵塞。　　目前，冰蓄冷研究的主要目标为动态制冰技术。动态制冰方式约有40多种，其中冰水混合浆（即含有很多悬浮冰晶的不，英文名为iceslurry）技术最受研究者关注。冰水混合浆可采用管道输运，其换热需采用换热器。虽然这种动态制冰方式很有前途，但迄今尚未商业化。该系统的性能测试和优化、管理技术和经济性还需进一步完善。　　　　　　表1　对现有制冰法进行了分类。种类说明静态制冰法管外制冰（iceontube）制冰方式：传热流体通过管簇，管簇内通冷媒冷却方式

5、：冷媒直接膨胀管内制冷（iceintube）制冰方式：流体通过管外，管内结冰冷却方式：冷媒直接膨胀或盐水循环冷却密闭容器制冰式容器形状：球形，圆柱形，平板形冷却方式：盐水循环冷却动态制冰法间接换热法收获（harvest）制冰法制冰式：水或水溶液从冷却表面（圆柱内表面或外表面、竖板表面流下）除冰法；机械剥离法或热融解剥离法冷却方式：冷媒直接膨胀或盐水循环冷却液态水制冰制冰法：水溶液从冷却面自然流下冷媒蒸发器内水溶液的离心流动水溶液的管内强制流动冷却方式：冷媒直接膨胀或盐水循环过冷却制冰制冰法：流动水和水溶液通过换热器换热冷却方式：冷媒直接膨胀或盐水循环冷却直接换热法冰晶制冰法制冰

6、法：由低沸点冷媒在水中蒸发产生冰晶或与水不相溶的低温高密度液体在水层边喷射而获得显热利用，从而制冰冷却方式：冷媒直接膨胀或盐水循环冷却其它制冰（"冰"）法制冰法：由真空状态下的水蒸发，导致高分子物质-水溶液相变冷却方式：水的直接蒸发冷却干燥冰晶制备法制冰法：冷媒蒸气和喷射水雾直接接触而产生冰晶或由空气的绝热膨胀而产生的低温空气和喷射水雾直接接触生成冰晶　　2．2制冰技术　　2．2．1制冰技术的现状　　冰蓄冷技术中制冰是关键，各类制冰法如表1所示。图1～4为几种制冰方法的示意图。　　图1流动过冷却水制冰法图2冷媒（戊烷）蒸发制冰法图3低沸点冷媒蒸发制冰法图4低温液态冷媒显热换热制

7、冰法　　2．2制冰技术课题　　关于制冰法中的技术问题，下面列举的研究开发课题是很有意义的：　　（1）客观地评价各种制冰法，统一制冰效率的含义；　　（2）确立各种制冰法充填率（IPF，即icepackingfactor）的合适算法；　　（3）研究静态制冷法高IPF情况下避免冰层相互粘连的办法；　　（4）研究管内制冰法高IPF情况下防止冰堵塞的方法；　　（5）图5所示的制冰方式中，如何使水滴下时形成厚度均匀的冰层；　　（6）对密闭容器内的制冰方式，增加密闭容器材料的导热性能、防止相变材料的过冷和