一种基于溶液深度除湿的蒸发冷冻制流态冰新方法

流态冰具有良好的热物理特性与广阔的应用前景，尤其是用于冰蓄冷技术当中，可以与太阳能等新能源的开发利用相结合，具有巨大的节能潜力。但当前流态冰的制取存在诸多问题。本项目提出了一种基于溶液深度除湿蒸发冷冻的新方法来制取流态冰，将溶液深度除湿获的干空气与过冷或者接近零度的水接触，通过水分的蒸发将水的气液相变潜热（约2500kJ/kg）转化为冷量满足液固相变过程(约333kJ/kg)需求，将部分过冷状态或者接近零度水冷冻成冰粒，最终形成流态冰。本项目将研究蒸发冷冻制取流态冰过程及其冰粒形成机理、蒸发冷冻过程传热传质特性，探讨水蒸发过冷的过程和过冷状态解除成冰的相变机理，揭示影响冰晶形成的物理因素及其规律。同时深度除湿后的溶液将利用低品位热能进行再生，探讨废热回收利用和太阳能利用、溶液深度除湿与蒸发过冷并制流态冰之间的耦合特性。本项目的研究成功可望发展成为一种新的制取流态冰方法和技术。

流态冰是一种冰晶颗粒与水的混合物，其具有良好的热物理特性与广阔的应用前景，尤其是用于冰蓄冷技术当中，可以与太阳能等新能源的开发利用相结合，具有巨大的节能潜力。但当前流态冰的制取存在诸多的问题。本项目提出了一种基于溶液深度除湿蒸发冷冻的新方法来制取流态冰，将溶液深度除湿获得的干空气与过冷或者接近零度的水接触，通过水分的蒸发将水的气液相变潜热（约2500 kJ/kg）转化为冷量满足液固相变过程（约333 kJ/kg）需求，将部分过冷状态或者接近零度的水冷冻冰粒，最终形成流态冰。根据该方法构建了制冰系统并搭建了实验台。水滴的蒸发是一种复杂的物理现象，为了研究蒸发冷冻制取流态冰过程及其冰粒形成机理，本文首先从单个水滴入手，建立了描述整个传热传质过程的数学模型，并通过对悬挂水滴的蒸发冷却实验验证了该模型的有效性。通过模拟计算获得了水滴初始直径、初始水温、空气温度、空气含湿量和空气流速对水滴蒸发过冷过程的影响。结果表明，水滴初始直径越小、温度越低或空气流速越大，水滴的冷却速率就越大，达到稳态时的过冷时间就越短。另外通过降低空气温度或含湿量不仅提高了水滴的冷却速率，而且增加了水滴达到稳态时的过冷度。在原系统的基础上，提出了一种改进的溶液除湿蒸发式过冷水流态冰制取系统，改进后的系统增加了水预冷子系统，同时利用自身的冷却水对除湿后的空气进行降温。该改进有效提高了系统的制冰效率，同时也进一步降低了系统对电能的依赖。为了提高溶液除湿的能力，获得更好的除湿效果，满足蒸发制冰的需要，对除湿器的构造进行了改进，并通过应用NRTL方程寻找高成本-收益率的除湿溶液。本项目的研究成功可望发展成为一种新的制取流态冰方法和技术。