冰浆输冷空调制冰技术的研究

摘要：冰浆作为载冷剂具有节能、环保、高效等优点。找出一种最佳的冰浆制取方法有助于推动冰浆输冷空调技术的快速发展。本文对冰的制取方法进行研究和比较，从而得出最佳制冰方式。

关键词：空调；冰浆制冷；冰浆；制冰技术；经济技术比较

1．技术比较

冰浆的制取方法主要有片冰加水，冰浆设备制冰浆两种方法。这两种方法都属于动态制冰。冰浆发生设备制取冰浆的方法主要有以下几种：过冷法、刮削法、喷射法和真空法。

总结对冰浆制取设备的介绍，对其特点进行比较如下：

a.片冰加冷水：优点，融冰快速、不需要添加剂、压缩机的运行效率高、系统稳定；缺点，最佳厚度缺少可靠资料、蓄冰槽偏大、冰片厚度太大，无法直接泵送。

b.过冷法冰浆制取：优点，热交换效率高、结构简单、可用纯水制成冰浆成本价廉无污染、对管道腐蚀小；缺点，系统运行可靠性差、蒸发温度难以控制、制取冰浆含冰率低、容易发生冰堵。

c. 刮削法冰浆制取：优点，系统稳定、冰浆均匀；缺点，需机械搅动、机械故障频繁、不适合大规模生产；代表设备或厂家：Sunwell加拿大、Mueller公司美国。

d. 直接喷射法冰浆制取：优点，腐蚀小、无结垢、传热温差小、压降小、换热效率高、设备简单；缺点，水与氟利昂反应生成气体腐蚀管壁、喷嘴需要特殊设计、喷嘴容易冰堵、制冷剂的选择范围较窄。

e. 真空法制冰：优点，制冷剂为水无污染、热效率高、制取冰浆含冰率较高、制备设备结构简单，操作方便；缺点，系统的密封性能要求很高、对系统的控制要求很高、设备投资较高；。

由上述看出冰浆制取设备各有优缺点。片冰加冷水法对于制冰而言具有很大的优势，但是其所制造出来的冰水混合物不能直接泵送（直径超过0.2mm），所以说片冰加水是很好的动态蓄冷设备。但对于直接泵送输冷空调系统来说，需要增加二次加工设备，投资增加，控制复杂，而且还会造成能量浪费。综合来说片冰加水的方法不适合应用在此，本文选取冰浆设备制冰方式来制冰。

2．冰浆设备制冰经济比较

由于直接喷射法制取冰浆方法目前还处于实验研制阶段，刮削法系统复杂及采用易损的刮削装置，机械故障频繁，价格昂贵且能效较低不适用大规模生产。中科院广州能源所研制的过冷水法冰浆制取装置能很有效的减少和防止冰堵发生，另外只需增加一个简易的冰浆浓缩装置就可以很好的解决含冰率低的缺点。本文就过冷水法冰浆制取装置和真空冰浆制取装置进行比较。经济比较的方法是在一天相同制冰量情况下，对两种冰浆制取设备进行计算选型。比较其设备初投资、相同制冰量下的运行费用，得出比较经济的一种方法。

2.1机组选型、设备初投资及运行费用比较

假设一天需要制冰800t，针对两种不同的制冰方法对机组进行选型，同时对制冰机组设备投资和运行费用比较进行比较。选取比较经济的冰浆制取设备。

2.1.1真空制冰机

真空制冰机选用南非生产的VIM 800 一台，日制冰量为800t。对应VIM800真空制冰机冷却水流量为650，进出水温度为6℃、11℃。6℃的冷水需要冷水机组制取，需要选取YSEXEXS45CJE两台，制冷量：1336kW/台。

每台螺杆式的冷却水根据冷却水量选取对应冷却塔。根据冷却水量，选用LDCM-300，两台，标准水量300 m3/h台。每台螺杆式的冷却水根据冷却水量和扬程选取对应冷却水泵。

冷却水泵的流量即为冷却塔水流量270 m3/h。选择水泵的扬程为配管与冷凝器阻力损失加上冷却塔塔体扬程。冷却水泵选型结果如下： KQL200/320-37/4（Z），2台一用一备。一天需要制冰800t，真空制冰方法制冰主要设备见表1。

表1真空制冰方法制冰主要设备材料表

2.1.2过冷水制冰机

过冷水制冰机组选择DT450和DT800各一台。其技术参数见表2。

表2过冷水动态制冰机技术参数

对应过冷水动态制冰机冷冻水需要制冰机的过冷冷媒进口温度-6℃需要制冷机组制取。根据冷量对应两种型号制冰机分别选取选取乙二醇机组。一台DT800型号制冰机需要串联两台YSFXFXS55CLE型号螺杆式乙二醇机组。一台DT450型号制冰机需要串联两台YSDACAS35CGE型号螺杆式乙二醇机组。

每台螺杆式的冷却水根据冷却水量选取对应冷却塔。YSFXFXS55CLE型号螺杆式乙二醇机组，根据冷却水量，选用LDCM-350，两台。YSDACAS35CGE型号螺杆式乙二醇机组，根据冷却水量，选用LDCM-200，两台。每台螺杆式的冷却水根据冷却水量和扬程选取对应冷却水泵。YSFXFXS55CLE型号螺杆式乙二醇机组冷却水泵的流量即为冷却塔水流量331.2 m3/h。选择水泵的扬程为配管与冷凝器阻力损失加上冷却塔塔体扬程。冷却水泵选型结果如下： KQL200/370-55/4（Z），2台一用一备。YSDACAS35CGE型号螺杆式乙二醇机组冷却水泵的流量即为冷却塔水流量200 m3/h。冷却水泵选型结果如下： KQL200/250-30/4（Z），2台一用一备。一天需要制冰800t，过冷水法制冰主要设备见表3。

表3过冷水法制冰方法制冰主要设备材料表

2.1.3两种制冰技术经济对比

真空制冰总一次投资2179万元。过冷水法制冰一次投资1050.6万元。初投资真空制冰机高于过冷水机组1128.4万元。

过冷水法制冰系统功率总和为1325kW。真空制冰制冰系统功率为1031.2kW。由于运行费用主要是电费，这里只计电费情况下计算年运行费用。

假设制冰机一天运行24小时，一年运行7个月210天，电价以0.638元/千瓦时。则运行费用分别为：

过冷水动态制冰机组： 426万元；真空制冰机组： 331.58万元

真空制冰系统比过冷水法制冰系统多出的一次投资回收年限为：

年

可以看到真空制冰浆装置初投资需要约12（5）年才能回收，本文选用过冷水法制冰。

2.2．结论

通过对两种冰浆制取装置做经济性比较，最后选取冰浆制取设备为：过冷法动态冰浆制备设备。过冷法动态冰浆机的溶液一般为盐水或乙二醇溶液，循环于制冷机组和制冰机之间。

3.结论

本文介绍了冰浆的两种制取方法：片冰加水、冰浆机制冰浆。对两种方式的五种制冰浆设备进行了介绍和对比，得出各自的优缺点。由于片冰加水制取的片冰过厚需要二次加工才能泵送，选取了冰浆机制取冰浆的方式。最后通过对几种冰浆发生设备进行经济技术比较得出过冷法动态冰浆制备设备作为目前大型冰浆输冷空调系统冰浆制取最佳方法。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。