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储冰优点结合分析论文
储冰优点结合分析论文 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。
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。
