關於儲冰系統的分析論文

以節能的觀點而言，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DELROCAG公司，目前發展出了一套混合式（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，許多產業製程皆需求恆温與高效能的冷卻過程，譬如在：食品業、飲料業及製藥業（pharmaceuticals）等環境。但是，這一類的製程作業通常系在每日的某個時段進行。因此，為減少在電力尖峯時段的製程成本，許多業者已改用儲冰系統來儲備冷凍能力。

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為冰，然後在製程來臨時，利用儲冰槽內的儲冰來吸收製程排出來的熱，藉此達到製程冷卻的目的。

製冰/儲冰作業一般系在電力負載的離峯時段（off-peakperiod）進行。目的在於利用離峯時段的經濟電力，來儲備尖峯時段（on-peakperiod）所需之冷凍能力。至於，設計尖峯時段所需之冷凍噸系一項專門的技術。

效能（Performance）

每一種產業會根據其製程所需，選用某特定型態的儲冰系統。在選擇的依據中，儲冰槽的出水温度的「恆温性」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（directicestoragesystems）的特點是，當回水（loadwater）進入儲冰槽之後，其系以直接接觸到儲冰的方式與儲冰作熱交換。至於，「間接溶冰式」儲冰系統（indirectsystems），則是藉由安置於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（俗稱滷水）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（externalmeltingprinciple）」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。此種系統的製冰與溶冰過程皆系靠各自的獨立循環系統來執行。在這種設計中，製冰功能（charging）系藉管式或板式（tubularorflat）熱交換器內的冷媒直膨蒸發作用（directevaporation）來達到盤管外的結冰效果。至於熱交換器的安置位置，則是被浸泡於儲冰槽的槽水中。在製冰過程中，初形成之冰層會附着於熱交換器的管壁上，然後冰層越積越厚；這種製冰方式的儲冰系統被稱之為anicebuilderstoragesystem.在溶冰時（discharging），帶有製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點：（a）溶冰量大、（b）出水温度穩定、（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）冷媒的泄漏概率大、（c）槽體容易生鏽腐蝕。此外，由於溶冰量難以掌握，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製冰是不經濟的運作決策。但是，Silo廠牌的儲冰系統（又名iceharvester）系一款在白天使用的系統。此機種屬於「直接溶冰式」系統，其運作方式是讓預冷過的冰（pre-cooledwater）循環至板狀或圓筒狀蒸發器（flatorcylindricalevaporator）的表面上，此蒸發器的安置位置是在儲冰槽的上端。當冰層在蒸發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，會使冰塊脱離蒸發器表面而掉落至下方一個盛滿冰水（也即回水）的儲槽裏，然後浸於冰水中的冰塊會實時的冷卻回水。另一種Silo的機種系採用「外部溶冰原理（externalmelting）」的設計，其系採用使用乙二醇（glycol）的熱交換器來取代「直膨式蒸發器（directevaporator）」。這種熱交換器的材質為一則塑料或金屬。在運作時，從製程端循環歸來的回水，同樣的也是藉開放式迴路（anopencircuit）進入儲冰槽內，然後以直接接觸儲冰的方式與儲冰作熱交換。

由於「直接溶冰式」儲冰系統（directicestoragesystems）的溶冰量大，外加其回水温度的「恆温性」高；因此，採用「外部溶冰原理」的「直接溶冰式」儲冰系統，系工業冷卻製程時常採用的系統。這種系統也有逐漸被採用於區域性空調作業（districtcooling）。

「間接溶冰式」儲冰系統的運作系根據「內部溶冰原理（internalmeltingprinciple）。所謂內部即是，因為儲冰系附着於熱交換器的盤管表面，當其吸收了盤管表面上的熱之後，系從（內部）附着面開始溶化。這種系統具有一個「封閉式循環系統（closedcircuit）」，其執行「製冰（chargingoriceformation）」與「溶冰（dischargingoricemelting）」兩項功能。這種使用乙二醇（glycol）與水作為循環液的循環系統，會與另一個（或一組）從屬循環系統（也即水循環系統，asecondarycircuit）作熱交換，以完成熱交換的過程。此係統的儲冰槽（theFafcotype）系仰賴攝氏-5℃的滷水或brine，在塑料材質的熱交換器內蒸發循環，以達成製冰的效果。在製冰時，熱交換器系發揮''蒸發器''的功能。在溶冰時，已與附屬循環系統行過熱交換的暖滷水會循環回熱交換器，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，熱交換器則系發揮冷凝器的功能。

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

「間接溶冰式」儲冰系統的另一個特點即是，當儲冰系統在執行溶冰時，預冷過之空氣會從儲冰槽的底部被置入，然後藉空氣來攪拌槽內的冰水，以提升冰水温度的「均衡性」。藉此，儲冰槽的出水温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，可能發生的系統問題會比較少。並且，當「間接式」系統系使用同一個熱交換器來執行製冰與溶冰的作業，溶冰的功能應是無任何的顧慮。但是，此係統的溶冰量（meltingcapacity）及儲冰槽出水温度的2恆温性2（constancyoftheoutlettemperature），將會依機種而異。一般「間接溶冰式」儲冰系統非常適合於空調作業之用，但是不適用於那種（在瞬間）要求高效能與低温冷卻（在攝氏0℃左右）的作業，譬如：區域性製程冷卻（districtcoolingplants）及工程冷凍（processengineering）等。

為了彌補傳統儲冰系統的這些缺點，瑞士DELROCAG公司發展出了一套混合式（hybrid）的儲冰系統。這種系統的熱交換器管排（heatexchangermats）系以穩態聚丙烯（stabilizedpolypropy-lene）材料所製成，循環液依然是乙二醇。但是，此款機種的特性則為同步雙迴路循環，其目的系將「直接溶冰式」系統中的冷卻水迴路整合於間接溶冰法的作業中，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」系統在執行溶冰時，儲冰（icebank）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」系統中的冷卻水迴路之後，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，藉以攪拌提升槽水温度的「均衡度」。

此款設計的優點不但能提升整體溶冰的效率，在不影響到正常製冰程序下，也提供了儲冰系統「全量（fullload）」與「分量（partload）」製冰的選擇。另外一個特點即是，混合式DELROC系統的冷卻水迴路系一個封閉式的循環迴路（closedcircuit）；因此，在製冰過程中產生之冰塊的質量，也比傳統開放式（opencircuit）循環迴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温（大約0℃左右）的冷卻水，這種冷卻水的製造過程是經過兩階的冷卻過程（two-stepcooling）。第一階冷卻過程系藉滷水熱交換器，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，或安置於舊儲裝槽中。當熱交換器的管排（exchangermats）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，相當於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製冰系統（directevaporatingicebuildersystems）相比較，DELROC系統的冷卻水迴路中會被參入些許的滷水（brine）或乙二醇與水的混合物（glycol/watermixture），以避免冷在攝氏0℃下作循環時的結冰現象。

在作區域性製程冷卻的儲冰時，兩台DELROC系統可以串聯相連的方式來從事製冰/儲冰的作業，以減緩滷水主機的冷凍負荷（冷凍需求温度可被提升1至4℃）。藉此組合方式，區域性製程冷卻的效能可提升30%以上。