过冷法制备冰浆中控制参数对制冰的影响

摘要：　过冷法制备冰浆是近二十多年来发展起来的一种新的动态制冰技术,与传统的静态制冰技术相比,有较高的制冰率和能量效率,并提供了含二次冷媒循环的过冷水动态制备冰浆的实验装置。实验采用自来水作为试样,在不同的水流速、二次冷媒温度以及过冷度下进行了对比实验,得出了不同控制参数对制冰的影响。实验数据表明,随着水流速与过冷度的增加,制冰率增大。
　　0 引言
　　蓄冷技术是电力负荷移峰填谷的重要手段，其发展经历了水蓄冷、静态冰蓄冷、动态冰蓄冷，以及目前的功能性相变材料PCM蓄冷。根据制冰和融冰原理的不同，冰蓄冷技术主要分为动态冰蓄冷和静态冰蓄冷。目前国内的冰蓄冷工程绝大部分都是静态冰蓄冷技术，存在着无法克服的固有技术缺陷，在蓄冰过程中冰层在换热表面上生长，存在换热热阻大、工况随蓄冰过程的进行而恶化、蒸发温度低、效率不高等问题。
　　冰浆技术是近年来日本、北美及欧洲等国家和地区研究的热点，被普遍认为是一种很有潜力的蓄冷技术。从原理上彻底改变了传统的制冰方式，与传统的静态冰蓄冷相比具有制冷主机蒸发温度与COP值较高、热交换效率高等优点，有明显的节能优势。冰浆是由微小的冰晶和载流溶液组成的混合物，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。冰浆是一种良好的蓄冷介质，具有很好的流动性和载冷特性。
　　目前，冰浆主要应用于区域供冷、建筑空调、矿井冷却、工业冷冻和食品冷藏等领域，潜在的应用包括管道清洁、人体器官的快速冷却、人造滑雪场和消防灭火。冰浆制取方式是近年来冰浆技术发展的关键环节，研究的目的在于获得高效、节能和性能稳定的冰浆发生装置。现在可以利用的制冰方法有：过冷法、刮削法、喷射法、真空法、下降液膜法等。
　　其中，过冷法制备冰浆主要是利用水的过冷现象进行动态制冰。日本学者从20世纪80年代末开始研究过冷法制备冰浆，也有实际的工程应用，但是目前该项技术并未完全成熟，还不能与传统的静态制冰技术匹敌。
　　为了获得较大的制冰率，本文通过搭建过冷法制备冰浆实验台，改变不同的控制参数(水流速、二次冷媒温度、过冷度 ，得到其对过冷解除开始时间、过冷度、制冰率的影响。
　　1 实验原理
　　过冷现象是指当水被冷却时，其温度降低至冰点以下而短时间内不结冰。对过冷水的温度和流动加以控制，并在过冷解除装置中消除过冷，就可以不断产生冰晶。过冷法连续制取冰浆的原理图如图1，其系统主要由过冷却器、过冷解除装置和蓄冰槽3个部分组成。

　　过冷却器是实现过冷水动态制冰的关键部分，实质是一个特殊设计的套管式换热器(如图2)，其作用是降低水的温度至最大过冷状态。目前所能实现的最大过冷度为4℃--6℃。
　　目前，过冷解除方法主要有3种：① 冲击和碰撞：碰撞能瞬间降低水的动量，引起温度升高，从而破坏水的过冷态;②利用28 kHz的超声波振动触发形核;⑨局部低温：利用小型电子制冷装置等方法产生局部低温来解除水的过冷态。