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 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

过冷法冰浆发生系统。在过冷换热器中,水被过冷到-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。

2.2刮削法

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%。

2.3喷射法

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。

2.4真空法

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。

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。

3动态冰浆蓄冷空调系统

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,用于调节向室内供应空气的温、湿度。

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凝器的制冷剂液体在重力作用下流入蒸发器,在蒸发器中以较高的蒸发温度气化吸收来自冰浆发生器产生的热量,气化后的制冷剂蒸气然后进入空气处理箱中的冷凝器放热加热流入的空气。

在蓄冷运行模式时,制冷循环中的风冷冷凝器工作,二元溶液从蓄冷罐被泵送到冰晶发生器,产生的冰晶再输送到蓄冷罐的底部,在蓄冷罐内冰晶聚集在其上部。供冷运行时,二元的冰浆溶液被送到中间换热器,将冷量传递给来自末端机组的冷媒水;从中间换热器返回的温度较高的溶液被喷洒在罐内上部的冰晶上

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