儲冰系統的原理簡單而言，即是藉相變潛能(phase-changeenthalpy)的釋放原理，將儲冰槽內的冰水轉變?yōu)楸�，然后在制程來臨時，利用儲冰槽內的儲冰來吸收制程排出來的熱，藉此達到制程冷卻的目的。《制冷與空調》(月刊)創(chuàng)刊于1990年，由科學技術部主管，中國制冷空調工業(yè)協會、中國科學技術交流中心聯合主辦的專業(yè)性期刊，宗旨和任務：加強行業(yè)管理，密切政府、行業(yè)、企業(yè)聯系，融信息、技術、管理為一體，促進科技成果轉化，推動制冷空調行業(yè)技術進步與發(fā)展。刊登內容：以實用技術為主，及時報道國家有關技術創(chuàng)新政策，有關行業(yè)發(fā)展的重大技術方向及國內外最新技術動態(tài)和成果。是目前國內制冷行業(yè)中發(fā)行量大、影響力廣、具有權威性的專業(yè)類技術性品牌期刊。

　　摘要： 以節(jié)能的觀點而言，儲冰系統系一項值得采納的系統;但是，其功能也絕非完全的可靠。因此，瑞士 DELROC AG 公司，目前發(fā)展出了一套混合式(hybrid)的儲冰系統。這種機種系傳統直接溶冰式與間接溶冰式系統的整合。此項設計將可彌補傳統功能之不足。

　　關鍵詞： 儲冰系統 直接 間接 溶冰式

　　以節(jié)能的觀點而言，儲冰系統系一項值得采納的系統;但是，其功能也絕非完全的可靠。因此，瑞士 DELROC AG 公司，目前發(fā)展出了一套混合式(hybrid)的儲冰系統。這種機種系傳統直接溶冰式與間接溶冰式系統的整合。此項設計將可彌補傳統功能之不足。

　　如今，許多產業(yè)制程皆需求恒溫與高效能的冷卻過程，譬如在：食品業(yè)、飲料業(yè)及制藥業(yè)(pharmaceuticals)等環(huán)境。但是，這一類的制程作業(yè)通常系在每日的某個時段進行。因此，為減少在電力尖峰時段的制程成本，許多業(yè)者已改用儲冰系統來儲備冷凍能力。

　　制冰/儲冰作業(yè)一般系在電力負載的離峰時段(off-peak period)進行。目的在于利用離峰時段的經濟電力，來儲備尖峰時段(on-peakperiod)所需之冷凍能力。至于，設計尖峰時段所需之冷凍噸系一項專門的技術。

　　效能 (Performance)

　　每一種產業(yè)會根據其制程所需，選用某特定型態(tài)的儲冰系統。在選擇的依據中，儲冰槽的出水溫度的「恒溫性」系一項非常重要的考慮因素。

　　一般而言，「直接溶冰式」儲冰系統(direct ice storage systems)的特點是，當回水(load water)進入儲冰槽之后，其系以直接接觸到儲冰的方式與儲冰作熱交換。至于，「間接溶冰式」儲冰系統(indirect systems)，則是藉由安置于儲冰槽內的熱交換器盤管，來間接的與槽內的儲冰作熱交換。在間接溶冰式系統中，乙二醇(glycol)與水的混合液(俗稱鹵水)是熱交換器所使用之冷媒。

　　「直接溶冰式」儲冰系統的運作系 根據「外部溶冰原理(external melting principle)」來進行。所謂外部即是，當回水流過儲冰時，冰塊系由其(外部)表面先開始溶化。此種系統的制冰與溶冰過程皆系靠各自的獨立循環(huán)系統來執(zhí)行。在這種設計中，制冰功能(charging)系藉管式或板式(tubular or flat)熱交換器內的冷媒直膨蒸發(fā)作用(direct evaporation)來達到盤管外的結冰效果。至于熱交換器的安置位置，則是被浸泡于儲冰槽的槽水中。在制冰過程中，初形成之冰層會附著于熱交換器的管壁上，然后冰層越積越厚;這種制冰方式的儲冰系統被稱之為an ice builder storage system.在溶冰時(discharging)，帶有制程熱的回水會拂過冰塊的表面，將熱能傳導給冰塊，以達到排熱的功能。這種排熱方式有幾項優(yōu)點：(a)溶冰量大、(b)出水溫度穩(wěn)定、(c)運轉費用低。

　　危機 (Danger)

　　但是，「直接溶冰式」儲冰系統依然有其缺點，譬如：(a)必須由有經驗者安裝、(b)冷媒的泄漏機率大、(c)槽體容易生銹腐蝕。此外，由于溶冰量難以掌握，因此造成儲冰量難以預估，也是一項缺失。

　　通常，在白天起動冰水機來制冰是不經濟的運作決策。但是，Silo 廠牌的儲冰系統(又名ice harvester)系一款在白天使用的系統。此機種屬于「直接溶冰式」系統，其運作方式是讓預冷過的冰(pre-cooled water)循環(huán)至板狀或圓筒狀蒸發(fā)器( flat orcylindrical evaporator)的表面上，此蒸發(fā)器的安置位置是在儲冰槽的上端。當冰層在蒸發(fā)器表面上逐漸增大而形成冰塊時，一種機械式的刮刀或一種熱氣裝置，會使冰塊脫離蒸發(fā)器表面而掉落至下方一個盛滿冰水 (也即回水) 的儲槽里，然后浸于冰水中的冰塊會實時的冷卻回水。另一種 Silo 的機種系采用「外部溶冰原理(external melting)」的設計，其系采用使用乙二醇(glycol)的熱交換器來取代「直膨式蒸發(fā)器(direct evaporator)」。這種熱交換器的材質為一則塑料或金屬。在運作時，從制程端循環(huán)歸來的回水，同樣的也是藉開放式回路(an open circuit)進入儲冰槽內，然后以直接接觸儲冰的方式與儲冰作熱交換。

　　由于「直接溶冰式」儲冰系統(directice storage systems)的溶冰量大，外加其回水溫度的「恒溫性」高;因此，采用「外部溶冰原理」的「直接溶冰式」儲冰系統，系工業(yè)冷卻制程時常采用的系統。這種系統也有逐漸被采用于區(qū)域性空調作業(yè)(district cooling)。

　　「間接溶冰式」儲冰系統的運作系根據「內部溶冰原理(internal melting principle)。所謂內部即是，因為儲冰系附著于熱交換器的盤管表面，當其吸收了盤管表面上的熱之后，系從(內部)附著面開始溶化。這種系統具有一個「封閉式循環(huán)系統 (closed circuit)」，其執(zhí)行「制冰(charging or ice formation)」與「溶冰 (discharging or ice melting)」兩項功能。這種使用乙二醇(glycol)與水作為循環(huán)液的循環(huán)系統，會與另一個(或一組)從屬循環(huán)系統(也即水循環(huán)系統， asecondary circuit)作熱交換，以完成熱交換的過程。此系統的儲冰槽(the Fafcotype)系仰賴攝氏-5℃的鹵水或brine，在塑料材質的熱交換器內蒸發(fā)循環(huán)，以達成制冰的效果。在制冰時，熱交換器系發(fā)揮'蒸發(fā)器'的功能。在溶冰時，已與附屬循環(huán)系統行過熱交換的暖鹵水會循環(huán)回熱交換器，藉由管壁將熱能傳遞給儲冰，以達成溶冰的效果。此時，接近熱交換器盤管周圍的冰層會先溶化。在溶冰時，熱交換器則系發(fā)揮冷凝器的功能。

　　「間接溶冰式」儲冰系統的優(yōu)點為：(1)儲冰密度高、(2)再制冰過程簡單、(3)冷媒需求量少、(4)系統可由水電工安裝。其缺點包括：(a)溶冰量會持續(xù)漸減、(b) 當溶冰過程持續(xù)之，儲冰槽出水溫度會漸升。

　　「間接溶冰式」儲冰系統的另一個特點即是，當儲冰系統在執(zhí)行溶冰時，預冷過之空氣會從儲冰槽的底部被置入，然后藉空氣來攪拌槽內的冰水，以提升冰水溫度的「均衡性」。藉此，儲冰槽的出水溫度可始終保持在攝氏3℃左右。

　　可靠性(Reliability)

　　當「直接溶冰式」儲冰系統與「間接溶冰式」儲冰系統相互比較時，「間接式」系統在安全性與可靠性的考慮下，可能發(fā)生的系統問題會比較少。并且，當「間接式」系統系使用同一個熱交換器來執(zhí)行制冰與溶冰的作業(yè)，溶冰的功能應是無任何的顧慮。但是，此系統的溶冰量 (melting capacity)及儲冰槽出水溫度的2恒溫性2 (constancy of the outlet temperature)，將會依機種而異。一般「間接溶冰式」儲冰系統非常適合于空調作業(yè)之用，但是不適用于那種(在瞬間)要求高效能與低溫冷卻(在攝氏0℃左右)的作業(yè)，譬如：區(qū)域性制程冷卻(district cooling plants)及工程冷凍(process engineering)等。

　　為了彌補傳統儲冰系統的這些缺點，瑞士 DELROC AG 公司發(fā)展出了一套混合式(hybrid)的儲冰系統。這種系統的熱交換器管排(heat exchanger mats)系以穩(wěn)態(tài)聚丙烯(stabilized polypropy-lene)材料所制成，循環(huán)液依然是乙二醇。但是，此款機種的特性則為同步雙回路循環(huán)，其目的系將「直接溶冰式」系統中的冷卻水回路整合于間接溶冰法的作業(yè)中，藉此來彌補先前所提之內部溶冰原理的缺失。當傳統「間接溶冰式」系統在執(zhí)行溶冰時，儲冰(ice bank)與熱交換器管壁之間會逐漸形成寬大的間距，因此冰塊與熱交換器之間的熱傳能力會減低。但是在引進了「直接溶冰式」系統中的冷卻水回路之后，冷卻水可將熱交換器無法完全吸收之熱再作二次吸收(詳附圖)，以提高排熱效率。除此之外，經過預冷的空氣會由儲冰槽的底部被置入槽水中，藉以攪拌提升槽水溫度的「均衡度」。

　　此款設計的優(yōu)點不但能提升整體溶冰的效率，在不影響到正常制冰程序下，也提供了儲冰系統「全量(full load)」與「分量(part load)」制冰的選擇。另外一個特點即是，混合式 DELROC系統的冷卻水回路系一個封閉式的循環(huán)回路(closed circuit);因此，在制冰過程中產生之冰塊的質量，也比傳統開放式(open circuit)循環(huán)回路產生之冰塊的質量要大。此特質也使得 DELROC 儲冰槽所需求之實際體積比傳統系統的體積要小。

　　DELROC 儲冰系統也可以產生超低溫(大約 0℃左右)的冷卻水，這種冷卻水的制造過程是經過兩階的冷卻過程(two- step cooling)。第一階冷卻過程系藉鹵水熱交換器，先對冷卻水作初步熱交換。第二階冷卻過程系將第一階冷卻過之冷卻水導入儲冰槽內，以直接接觸儲冰的方式再作二次熱交換。

　　在安裝方面，大型 DELROC 系統通常是安裝在顧客預備的鋼筋水泥槽中，或安置于舊儲裝槽中。當熱交換器的管排(exchanger mats)配置具彈性，儲冰槽體積將可依據需求作改變。當安置空間受到限制時，DELROC 儲冰槽的高度可縮短至4.2cm，相當于每平方公尺高度的冰塊面積代表 300kW/h 的冷凍儲存量。

　　保證(Guarantee)

　　當與傳統的直膨蒸發(fā)制冰系統(direct evaporating ice builder systems)相比較，DELROC 系統的冷卻水回路中會被參入些許的鹵水(brine)或乙二醇與水的混合物(glycol/water mixture)，以避免冷在攝氏0℃下作循環(huán)時的結冰現象。

　　在作區(qū)域性制程冷卻的儲冰時，兩臺DELROC系統可以串聯相連的方式來從事制冰/儲冰的作業(yè)，以減緩鹵水主機的冷凍負荷 (冷凍需求溫度可被提升1至4℃)。藉此組合方式，區(qū)域性制程冷卻的效能可提升 30% 以上。