液-液循环流化床动态制冰特性

　　冰蓄冷技术是缓解电网电力供需矛盾，实现“削峰填谷”的重要措施^[1~3]。传统的冰蓄冷方法(封装式、盘管式)由于存在冰层附着在固体传热面上恶化传热的问题，制冰能耗大，制冰效率低^[4]。近20年来，流体冰技术的产生和应用引起了蓄冷界的广泛重视。流体冰^[5](或冰浆、可泵冰，IceSlurry)通常是由直径小于1mm的冰晶颗粒与水(纯水或掺有冰点抑制剂)构成的混合物。由于冰晶颗粒微小，大大增加了换热表面积，且在制冰过程中实现完全流动换热，有效地避免了冰层热阻问题，因此制冰效率得到了很大的提高。实际应用表明，制取流体冰性能系数COP可比制取块冰提高近1倍^[6]。此外，流体冰还具有如下优良的应用特性：蓄能密度巨大，传热性能好;流动性能好，可以直接用泵输送，蓄冷(冰)罐安放位置灵活;融冰特性优良，制冷效率高;非常适合应用于蓄冷空调^[7]。

　　关于流体冰制取方法的研究是流体冰技术发展与应用的关键问题^[8]。目前，国内外对流体冰技术的研究已十分广泛，制取流体冰的方法主要有机械刮削法^[9~10]、过冷水法^[11~12]、直接接触法^[13~14]以及真空法^[15]等。前两种方法已商业实用化，其它的则基本处于实验研究阶段，但运行连续稳定且经济的流体冰制取方法至今仍未出现^[8]。因此，开发一种设备简单、运行稳定且性能高效的流体冰制取装置在当前具有重要意义。液-液循环流化床制取流体冰是最新提出的一种制冰技术，该技术结合液-液雾化理论，同时将高效传热传质的流态化技术引入制冰领域。这里针对该新型技术，搭建了试验研究平台，在多工况条件下完成了流体冰冰晶制取的热态试验，研究了该制冰新技术的动态制冰特性，获得了相应的规律。

　　1 实验研究

　　1.1 实验装置

　　图1为液-液循环流化床制取流体冰技术的系统简图，图2为对应的试验台实物照片。采用将水高压喷入非溶载冷液体中，雾化形成细小水滴。由于床内两相流密度相近，液滴与载冷流化介质(非溶液体)一般呈散式流化态^[16]，流动中直接接触换热，液滴快速冻结而生成冰晶。液-液雾化形成的细小液滴大大增加了两相接触表面积，且与载冷介质在散式流化态中直接接触换热，有效地避开了传统制冰方法中冰层热阻问题，极大地强化了床内多相流动与换热，使制冰效率得到显著提高。此外，将所获取细小冰粒与水(纯水或含有冰点抑制剂)混合，即可获得任意含冰率(IPF)的流体冰。而过冷法制取冰浆中经过一次冷却后的含冰率只有2%，要达到一定的含冰率，水泵的能耗将大大增加。而且，制冰装置中采用雾化技术，由于相间界面张力作用使所形成的液滴一般为较规则的球形颗粒，因此，最终获得的冰粒表面圆滑，与机械刮削式制冰法相比，大大减小了形成冰浆后冰粒发生聚集硬化的几率。