板冰/冷水机组的运行特征及应用

万丽娜等

摘 要：相对于常规制冷系统，冰蓄冷系统由于有着诸多突出优点而越来越被重视并被广泛应用。冰蓄冷技术有多种类型，其中，以板冰/冷水机组为代表的动态冰蓄冷技术综合性能比较突出，是近年来研究的重点，本文着重论述了板冰/冷水机组的工作原理介绍了板冰/冷水机组的实际应用形式及领域，对其发展前景做了展望。

关键词：动态冰蓄冷 板冰/冷水机组 应用 发展前景

改革开放以来，我国随着经济的不断发展，对电力需求的增长速度越来越快，其用电结构呈现峰谷极不均衡且发展态势越来越严重的状况。为解决用电结构不均衡的问题，首先是地方在电力政策、电价结构及其它方面都出台了许多优惠政策。另外，我国《能源中长期规划》中也明确提出要大力发展具有“削峰填谷”功能的冰蓄冷技术。对用户来讲，冰蓄冷技术虽不节能却是经济的蓄能方式，于是，冰蓄冷技术在我国得到了快速的发展。实际上，国外对蓄冷技术的研究很早就开始了，而且发展水平相对比较高。

1 板冰/冷水机组工作原理

板冰/冷水机组为片冰滑落式动态制冰[1]，工作时，制冷剂由制冷系统进入蒸发板夹层内侧蒸发制冷，与蒸发板表面上的水或冰层进行热交换，吸收热量而蒸发为气态，再被制冷机组吸入、压缩、冷凝和节流，重新进入蒸发板蒸发制冷而完成制冷循环。水在循环水泵的作用下由贮水箱进入蓄能模块上部的布水器，通过布水器的均匀分配，沿蒸发板表面呈膜状均匀流下，被蒸发板内侧的制冷剂快速冻结成板状冰。未被冻结成冰的水流回贮水箱，重新被水泵抽出进入蓄能模块上部的布水器而完成水循环。当冰层在蒸发器上逐渐冻结至一定厚度时，由主机模块引高温排气入降膜蒸发板夹层内侧，蒸发板内温度升高，与蒸发板表面接触的冰由于受热失去附着力，同时沿蒸发板表面喷淋的水在冰层与蒸发板之间形成水膜，冰层依靠重力滑落到蒸发板下部蓄冰槽内，破碎成较小的片状冰。

2 板冰/冷水机组应用形式

板冰/冷水机组的应用范围很广，即可输出冷水也可输出冰，可用在多种用冷用冰的场所。

2.1 冷水输出

适用于工业冷冻、食品加工，特别是加工过程冷却，短时间内制冷、冷负荷波动大的地方。如：小型酿酒厂、牛奶车间、牛奶农场、奶酪车间、饮料车间、食品加工车间。实际设计时，采用板冰/冷水机组冰蓄冷制取冷水，夜间利用低价电力蓄冰，白天融冰为螺旋预冷机提供冷水。板冰/冷水机组蒸发板制冷水时换热效率非常高，直接制取冷水是非常适合的，如果夜间没有蓄冰，白天需要冷水时，也可直接制取冷水。

2.2 片状冰输出

适用于食品工艺冷却、保鲜、远洋捕捞、海水淡化、滑雪场人工造雪、高温深井冷却等行业。目前，制冰多采用盐水制冰机和片冰机，而板冰/冷水机组也适用于大部分使用冰的地方。

板冰/冷水机组所做冰为片状冰，用做食品降温和保鲜时，与货物接触面大[2]，降温和保鲜效果非常好。与片冰机相比，板冰/冷水机组所制片状冰厚度为10mm左右，冰融化的速度适中，可保持相当长时间。

3 板冰/冷水机组应用领域

板冰/冷水制冰机组制冰在常规有冰需求领域应用效果不错，在部分领域有了更新发展，与盐水制冰和片冰机制冰相比，有很多优势，下面列举部分实例以进一步说明板冰/冷水制冰机组的具体应用。

3.1 食品工艺冷却、保鲜

以家禽屠宰行业为例，制冷工程多采用氨系统，一般含有水预冷、风冷、手工分割间车间空调、冻结、冷藏等，其中，水预冷、风冷、手工分割间车间空调划分为-10℃蒸发系统。在水预冷段，为使螺旋预冷机出货温度保持在0℃～4℃，需要在螺旋预冷机出货端1/4处设置制冰机[4]，不断的往水中加冰以使水温保持在0℃～4℃。如果家禽白条在冷却后以冰鲜产品上市，为保持其新鲜，需要在上面覆一层冰，冰要求有足够大的表面积、融化速度适中。这是家禽屠宰行业主要的两个用冰环节。

3.2 海水淡化

海水淡化有多种方式，各有优劣。为了充分发挥各种技术方式的特长，提高淡水产量和降低淡化成本，将不同淡化方式进行组合应用是一个不错的选择。

当水中含有无机盐或其他有机质时，冰点降低。如果将盐水冷却到冰点以下，则纯净的水将先结成冰，而无机盐或其它有机杂质被留在原液中。冰块中所含盐分很少，经过洗涤，加热融解就可以得到淡水的初成品。因为淡化的获取不是通过水蒸发冷凝获得，进料海水的前处理无需脱气处理，中间处理无需为了防止蒸发过程中被夹带海水的污染而设置捕沫网，工艺简化了很多。

冷冻法海水淡化技术在经济上和技术上都具有一定的优势，在盐分浓度不高时，采用膜反渗透进行淡化的效率和淡水产品品质较高。综合各种技术的优点，选择冷冻法做前处理，用膜反渗透法做后续处理是十分理想的海水淡化组合方式。由于冷冻法淡化相对于膜反渗透法淡化的综合费用较低，操作简单方便，选择进行3次冷冻法淡化做前处理[3]，进行一次膜反渗透法淡化做后处理。

在制冷设备的选择上，综合考虑蒸发温度、设备安装、结冰速度的适中程度等因素，以板冰/冷水机组最为合适。特别是海水淡化是用于远洋舰船上的时候，以板冰/冷水机组3次降膜冷冻法淡化做前处理，进行一次膜反渗透法淡化做后处理是最理想的。

3.3 滑雪场人工造雪

目前，在日本，滑雪场人工造雪基本上采用板冰/冷水机组制冰。以片冰铺底200mm，再把片冰粉碎成雪状铺于表层。

片冰机所制片冰不适用于滑雪场。因为厚度太小，融化速度过快，不适用于铺底。同时，因为制冰耗电量较大，也不适用于造雪铺于表层。

3.4 高温深井冷却

对于深度超过3000m的高温地带（例如南非金矿）、煤矿深井的空调系统采用常规的空气处理及冷水机组存在着空气处理量大、空气温升大，设备地下安装困难、运行危险，设备地面安装上下水管占地面积大、冷却进水水温度无法保证等问题。

目前，可以通过“地面制冰、井下降温”的方案处理空调系，具有适应性强、输送简单、可充分利用冰的潜热、适用于井下大面积降温等优点。该方案已在山东新汶孙村矿使用，平均降低5℃～7℃，降温效果明显[4]。

以往，大都采用片冰机制冰。现在，板冰/冷水机组逐步取代片冰机进行制冰，板冰/冷水机组相对于片冰机的优势在于蒸发温度高，耗能少，同时，是比较适用于保鲜的冰。还有很多用冰需求的其它行业，在此不再一一详述。

4 板冰/冷水机组前景展望

板冰/冷水机组用于冰蓄冷技术较一般静态冰蓄冷技术有着诸多优势，在未来冰蓄冷技术的发展中将占有越来越重要的地位。同时，板冰/冷水机组的应用范围很广，即可输出冷水也可输出冰，可用在多种用冷用冰的场所，因此，板冰/冷水机组将逐步淘汰落后的冷水制取工艺和盐水制冰工艺，在多个领域将逐步替代耗能较高的片冰机，发展前景十分广阔。

但是，我们同时也应看到以板冰/冷水机组为代表的动态冰蓄冷空调系统还不完善，存在着一些问题尚待深入研究，这也有待于诸多制冷行业同仁们的努力，使其逐步完善，在众多领域有更广阔的应用。

参考文献

[1] 章学来.蓄冷蓄热技术[M]，大连海事大学出版社发行，2006年1月第1版.

[2] H C Fischer. Development and Testing of a Single-Plate and a Two-Plate Ice-Maker Heat Pump，OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY[M]，OPERATED BY UNION CARBIDE CORPORATION·FOR THE DEPARTMENT OF ENERGY.

[3] 方贵银.蓄冷空调工程实用新技术[M]，人民邮电出版社，2000年5月第1版.

[4] 程建杰，陈汝.空调系统的优化—冰蓄冷低温送风空调系统.制冷节能[J]，1999（6）34-37.