2020年关于储冰系统的分析论文.doc

关于储冰系统的分析论文 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DELROCAG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-peakperiod）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（directicestoragesystems）的特点是，当回水（loadwater）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（indirectsystems），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（externalmeltingprinciple）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（tubularorflat）热交换器内的冷媒直膨蒸发作用（directevaporation）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anicebuilderstoragesystem.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iceharvester）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-cooledwater）循环至板状或圆筒状蒸发器（flatorcylindricalevaporator）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（externalmelting）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（directevaporator）。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（anopencircuit）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（directicestoragesystems）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（districtcooling）。 间接溶冰式储冰系统的运作系根据内部溶冰原理（internalmeltingprinciple）。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（closedcircuit），其执行制冰（chargingoriceformation）与溶冰（dischargingoricemelting）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，asecondarycircuit）作热交换，以完成热交换的过程。此系统的储冰槽（theFafcotype）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（meltingcapacity）及储冰槽出水温度的2恒温性2（constancyoftheoutlettemperature），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（districtcoolingplants）及工程冷冻（processengineering）等。 为了弥补传统储冰系统的这些缺点，瑞士DELROCAG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（heatexchangermats）系以稳态聚丙烯（stabilizedpolypropy-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（icebank）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（fullload）与分量（partload）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（closedcircuit）；因此，在制冰过程中产生之冰块的质量，也比传统开放式（opencircuit）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-stepcooling）。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（exchangermats）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（directevaporatingicebuildersystems）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/watermixture），以避免