储运论文两种储冰优点之结合

 　　本篇储运论文将两种储冰优点结合，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-peak period)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。

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　　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 DELROC AG 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 DELROC AG 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。

　　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(direct ice storage systems)的特点是，当回水(load water)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(indirect systems)，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(external melting principle)」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(tubular or flat)热交换器内的冷媒直膨蒸发作用(direct evaporation)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an ice builder storage system.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ice harvester)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-cooled water)循环至板状或圆筒状蒸发器( flat orcylindrical evaporator)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(external melting)」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(direct evaporator)」。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(an open circuit)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(directice storage systems)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(district cooling)。

　　「间接溶冰式」储冰系统的运作系根据「内部溶冰原理(internal melting principle)。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 (closed circuit)」，其执行「制冰(charging or ice formation)」与「溶冰 (discharging or ice melting)」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， asecondary circuit)作热交换，以完成热交换的过程。此系统的储冰槽(the Fafcotype)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 (melting capacity)及储冰槽出水温度的2恒温性2 (constancy of the outlet temperature)，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(district cooling plants)及工程冷冻(process engineering)等。

　　为了弥补传统储冰系统的这些缺点，瑞士 DELROC AG 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(heat exchanger mats)系以稳态聚丙烯(stabilized polypropy-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(ice bank)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(full load)」与「分量(part load)」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(closed circuit);因此，在制冰过程中产生之冰块的质量，也比传统开放式(open circuit)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- step cooling)。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(exchanger mats)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(direct evaporating ice builder systems)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/water mixture)，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。

《储运论文两种储冰优点之结合》

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