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摘要: 以节能的观点而言,储冰系统系一项值得采纳的系统;但是,其功能也绝非完全的可靠。因此,瑞士 delroc ag 公司,目前发展出了一套混合式(hybrid)的储冰系统。这种机种系传统直接溶冰式与间接溶冰式系统的整合。此项设计将可弥补传统功能之不足。 关键词: ..
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两种储冰优点之结合
2011-12-15 10:42:01 来源: 作者: 【 】 浏览:754次 评论:0
摘要: 以节能的观点而言,储冰系统系一项值得采纳的系统;但是,其功能也绝非完全的可靠。因此,瑞士 delroc ag 公司,目前发展出了一套混合式(hybrid)的储冰系统。这种机种系传统直接溶冰式与间接溶冰式系统的整合。此项设计将可弥补传统功能之不足。

    关键词: 储冰系统 直接 间接 溶冰式

    以节能的观点而言,储冰系统系一项值得采纳的系统;但是,其功能也绝非完全的可靠。因此,瑞士 delroc ag 公司,目前发展出了一套混合式(hybrid)的储冰系统。这种机种系传统直接溶冰式与间接溶冰式系统的整合。此项设计将可弥补传统功能之不足。

    如今,许多产业制程皆需求恒温与高效能的冷却过程,譬如在:食品业、饮料业及制药业(pharmaceuticals)等环境。但是,这一类的制程作业通常系在每日的某个时段进行。因此,为减少在电力尖峰时段的制程成本,许多业者已改用储冰系统来储备冷冻能力。

    储冰系统的原理简单而言,即是藉相变潜能(phase-changeenthalpy)的释放原理,将储冰槽内的冰水转变为冰,然后在制程来临时,利用储冰槽内的储冰来吸收制程排出来的热,藉此达到制程冷却的目的。

    制冰/储冰作业一般系在电力负载的离峰时段(off-peak period)进行。目的在于利用离峰时段的经济电力,来储备尖峰时段(on-peakperiod)所需之冷冻能力。至于,设计尖峰时段所需之冷冻吨系一项专门的技术。

    效能 (performance)

    每一种产业会根据其制程所需,选用某特定型态的储冰系统。在选择的依据中,储冰槽的出水温度的「恒温性」系一项非常重要的考虑因素。

    一般而言,「直接溶冰式」储冰系统(direct ice storage systems)的特点是,当回水(load water)进入储冰槽之后,其系以直接接触到储冰的方式与储冰作热交换。至于,「间接溶冰式」储冰系统(indirect systems),则是藉由安置于储冰槽内的热交换器盘管,来间接的与槽内的储冰作热交换。在间接溶冰式系统中,乙二醇(glycol)与水的混合液(俗称卤水)是热交换器所使用之冷媒。

    「直接溶冰式」储冰系统的运作系 根据「外部溶冰原理(external melting principle)」来进行。所谓外部即是,当回水流过储冰时,冰块系由其(外部)表面先开始溶化。此种系统的制冰与溶冰过程皆系靠各自的独立循环系统来执行。在这种设计中,制冰功能(charging)系藉管式或板式(tubular or flat)热交换器内的冷媒直膨蒸发作用(direct evaporation)来达到盘管外的结冰效果。至于热交换器的安置位置,则是被浸泡于储冰槽的槽水中。在制冰过程中,初形成之冰层会附着于热交换器的管壁上,然后冰层越积越厚;这种制冰方式的储冰系统被称之为an ice builder storage system.在溶冰时(discharging),带有制程热的回水会拂过冰块的表面,将热能传导给冰块,以达到排热的功能。这种排热方式有几项优点:(a)溶冰量大、(b)出水温度稳定、(c)运转费用低。

    危机 (danger)

    但是,「直接溶冰式」储冰系统依然有其缺点,譬如:(a)必须由有经验者安装、(b)冷媒的泄漏机率大、(c)槽体容易生锈腐蚀。此外,由于溶冰量难以掌握,因此造成储冰量难以预估,也是一项缺失。

    通常,在白天起动冰水机来制冰是不经济的运作决策。但是,silo 厂牌的储冰系统(又名ice harvester)系一款在白天使用的系统。此机种属于「直接溶冰式」系统,其运作方式是让预冷过的冰(pre-cooled water)循环至板状或圆筒状蒸发器( flat orcylindrical evaporator)的表面上,此蒸发器的安置位置是在储冰槽的上端。当冰层在蒸发器表面上逐渐增大而形成冰块时,一种机械式的刮刀或一种热气装置,会使冰块脱离蒸发器表面而掉落至下方一个盛满冰水 (也即回水) 的储槽里,然后浸于冰水中的冰块会实时的冷却回水。另一种 silo 的机种系采用「外部溶冰原理(external melting)」的设计,其系采用使用乙二醇(glycol)的热交换器来取代「直膨式蒸发器(direct evaporator)」。这种热交换器的材质为一则塑料或金属。在运作时,从制程端循环归来的回水,同样的也是藉开放式回路(an open circuit)进入储冰槽内,然后以直接接触储冰的方式与储冰作热交换。

    由于「直接溶冰式」储冰系统(directice storage systems)的溶冰量大,外加其回水温度的「恒温性」高;因此,采用「外部溶冰原理」的「直接溶冰式」储冰系统,系工业冷却制程时常采用的系统。这种系统也有逐渐被采用于区域性空调作业(district cooling)。

    「间接溶冰式」储冰系统的运作系根据「内部溶冰原理(internal melting principle)。所谓内部即是,因为储冰系附着于热交换器的盘管表面,当其吸收了盘管表面上的热之后,系从(内部)附着面开始溶化。这种系统具有一个「封闭式循环系统 (closed circuit)」,其执行「制冰(charging or ice formation)」与「溶冰 (discharging or ice melting)」两项功能。这种使用乙二醇(glycol)与水作为循环液的循环系统,会与另一个(或一组)从属循环系统(也即水循环系统, asecondary circuit)作热交换,以完成热交换的过程。此系统的储冰槽(the fafcotype)系仰赖摄氏-5℃的卤水或brine,在塑料材质的热交换器内蒸发循环,以达成制冰的效果。在制冰时,热交换器系发挥'蒸发器'的功能。在溶冰时,已与附属循环系统行过热交换的暖卤水会循环回热交换器,藉由管壁将热能传递给储冰,以达成溶冰的效果。此时,接近热交换器盘管周围的冰层会先溶化。在溶冰时,热交换器则系发挥冷凝器的功能。

    「间接溶冰式」储冰系统的优点为:(1)储冰密度高、(2)再制冰过程简单、(3)冷媒需求量少、(4)系统可由水电工安装。其缺点包括:(a)溶冰量会持续渐减、(b) 当溶冰过程持续之,储冰槽出水温度会渐升。

    「间接溶冰式」储冰系统的另一个特点即是,当储冰系统在执行溶冰时,预冷过之空气会从储冰槽的底部被置入,然后藉空气来搅拌槽内的冰水,以提升冰水温度的「均衡性」。藉此,储冰槽的出水温度可始终保持在摄氏3℃左右。

    可靠性(reliability)

    当「直接溶冰式」储冰系统与「间接溶冰式」储冰系统相互比较时,「间接式」系统在安全性与可靠性的考虑下,可能发生的系统问题会比较少。并且,当「间接式」系统系使用同一个热交换器来执行制冰与溶冰的作业,溶冰的功能应是无任何的顾虑。但是,此系统的溶冰量 (melting capacity)及储冰槽出水温度的2恒温性2 (constancy of the outlet temperature),将会依机种而异。一般「间接溶冰式」储冰系统非常适合于空调作业之用,但是不适用于那种(在瞬间)要求高效能与低温冷却(在摄氏0℃左右)的作业,譬如:区域性制程冷却(district cooling plants)及工程冷冻(process engineering)等。

    为了弥补传统储冰系统的这些缺点,瑞士 delroc ag 公司发展出了一套混合式(hybrid)的储冰系统。这种系统的热交换器管排(heat exchanger mats)系以稳态聚丙烯(stabilized polypropy-lene)材料所制成,循环液依然是乙二醇。但是,此款机种的特性则为同步双回路循环,其目的系将「直接溶冰式」系统中的冷却水回路整合于间接溶冰法的作业中,藉此来弥补先前所提之内部溶冰原理的缺失。当传统「间接溶冰式」系统在执行溶冰时,储冰(ice bank)与热交换器管壁之间会逐渐形成宽大的间距,因此冰块与热交换器之间的热传能力会减低。但是在引进了「直接溶冰式」系统中的冷却水回路之后,冷却水可将热交换器无法完全吸收之热再作二次吸收(详附图),以提高排热效率。除此之外,经过预冷的空气会由储冰槽的底部被置入槽水中,藉以搅拌提升槽水温度的「均衡度」。

    此款设计的优点不但能提升整体溶冰的效率,在不影响到正常制冰程序下,也提供了储冰系统「全量(full load)」与「分量(part load)」制冰的选择。另外一个特点即是,混合式 delroc系统的冷却水回路系一个封闭式的循环回路(closed circuit);因此,在制冰过程中产生之冰块的质量,也比传统开放式(open circuit)循环回路产生之冰块的质量要大。此特质也使得 delroc 储冰槽所需求之实际体积比传统系统的体积要小。

    delroc 储冰系统也可以产生超低温(大约 0℃左右)的冷却水,这种冷却水的制造过程是经过两阶的冷却过程(two- step cooling)。第一阶冷却过程系藉卤水热交换器,先对冷却水作初步热交换。第二阶冷却过程系将第一阶冷却过之冷却水导入储冰槽内,以直接接触储冰的方式再作二次热交换。

    在安装方面,大型 delroc 系统通常是安装在顾客预备的钢筋水泥槽中,或安置于旧储装槽中。当热交换器的管排(exchanger mats)配置具弹性,储冰槽体积将可依据需求作改变。当安置空间受到限制时,delroc 储冰槽的高度可缩短至4.2cm,相当于每平方公尺高度的冰块面积代表 300kw/h 的冷冻储存量。

    保证(guarantee)

    当与传统的直膨蒸发制冰系统(direct evaporating ice builder systems)相比较,delroc 系统的冷却水回路中会被参入些许的卤水(brine)或乙二醇与水的混合物(glycol/water mixture),以避免冷在摄氏0℃下作循环时的结冰现象。

    在作区域性制程冷却的储冰时,两台delroc系统可以串联相连的方式来从事制冰/储冰的作业,以减缓卤水主机的冷冻负荷 (冷冻需求温度可被提升1至4℃)。藉此组合方式,区域性制程冷却的效能可提升 30% 以上。

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