CN106590540B - 一种用于冰浆制取的复配添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冰浆制取的复配添加剂，所述复配添加剂由纳米二氧化硅、氯化钠和聚乙烯醇复配组成，添加了所述复配添加剂的制冰溶液中各组分的质量百分比配比为：0.25%~1%纳米二氧化硅，1%~5%氯化钠，0.1%~1%聚乙烯醇，余量为水。在真空法冰浆制取过程中加入该添加剂可降低系统所需的真空度，并获得颗粒细小的冰晶，制得絮状冰浆，冰晶颗粒呈球状或椭球状，平均粒径仅为30μm~60μm，且冰浆在储存过程中，冰晶颗粒不易团聚和熟化，改善了冰浆的流动性能和换热性能，并有效防止了运输过程中因冰晶颗粒过大而产生的冰堵现象。
Description
技术领域
本发明涉及冰浆蓄冷技术领域，特别涉及一种用于冰浆制取的复配添加剂。
背景技术
冰浆作为一种典型的相变蓄冷介质，具有蓄能密度高、释冷速度快、流动性能好等优点，可应用于区域供冷、矿井降温、食品保鲜等领域。冰浆中冰晶颗粒的形状和尺寸大小是决定其流动性能、换热性能及物性参数的关键，同时也会影响系统设备（如泵、阀门）的使用，过大的冰晶颗粒还可能导致冰浆流动过程中管道堵塞并最终使系统发生故障。因此，工业应用中希望制取得到冰晶颗粒细小的冰浆，且要求在储存和运输过程中冰晶颗粒不易团聚和熟化。
为了改善冰晶颗粒的形状和尺寸，目前最常用的做法是在制冰溶液中加入添加剂。工业应用中，最常用的添加剂包括醇类物质、表面活性剂及这两种物质复配的二元添加剂。
其一是选用醇类物质为添加剂，如乙二醇、丙二醇、丙三醇等。此类添加剂会降低溶液的冰点，提高真空制备过程所需的真空度，造成制冰过程能耗增大。同时，乙二醇水溶液制备得到的冰浆大多现枝状，在储存过程中，冰晶极易团聚使得冰晶颗粒粗大，不具有良好的流动性。
其二是选用表面活性剂为添加剂，如吐温-20、吐温-80等。此类添加剂虽可制备出柔软、颗粒较小的冰浆，但吐温的添加会使冰浆粘度增大，且冰浆储存过程中的冰晶再生长现象同样较为严重。
其三是同时选用醇类物质和表面活性剂，作为复配添加剂。然而醇类物质和表面活性剂都将使溶液的冰点降低，且无法很好地抑制冰晶的团聚和熟化，因此流动过程中易出现的冰堵现象仍无法避免，冰浆流动性能和换热性能均较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种用于冰浆制取的复配添加剂，在冰浆制取过程中加入该添加剂可获得颗粒细小的冰晶，且冰浆在储存过程中，冰晶颗粒不易团聚和熟化，改善了冰浆的流动性能和换热性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于冰浆制取的复配添加剂，所述复配添加剂由纳米二氧化硅、氯化钠和聚乙烯醇复配组成，添加了所述复配添加剂的制冰溶液中各组分的质量百分比配比为：0.25%~1%纳米二氧化硅，1%~5%氯化钠，0.1%~1%聚乙烯醇，余量为水。
进一步的，所述复配添加剂应用于真空法冰浆制取。添加所述复配添加剂后，冰晶生成时的系统真空度降低10~30Pa。
进一步的，所述纳米二氧化硅的平均粒径为20~50μm。
在本发明一实施例中，添加了所述复配添加剂的制冰溶液中各组分的质量百分比配比为：0.5%纳米二氧化硅，其平均粒径为30nm，1%氯化钠，0.25%聚乙烯醇，余量为水。
在本发明又一实施例中，添加了所述复配添加剂的制冰溶液中各组分的质量百分比配比为：0.5%纳米二氧化硅，其平均粒径为25nm，3%氯化钠，0.5%聚乙烯醇，余量为水。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
1．冰浆制取过程中，加入本发明的添加剂后，生成的冰浆呈絮状，冰晶颗粒呈球状或椭球状，平均粒径仅为30μm~ 60μm，十分细小，换热过程中，可迅速融化并提高换热效率。
2．加入本发明的添加剂所生成的冰浆在储存过程中不易团聚和熟化，从而改善了冰浆的流动性能和换热性能，并有效防止了运输过程中因冰晶颗粒过大而产生的冰堵现象，故在冰蓄冷行业中应用前景广阔。
3. 将本发明应用于真空法冰浆制取，添加后，可明显降低真空制冰系统的真空度，冰晶生成时的系统真空度可降低10~30Pa，从而降低制冰能耗，提高能效比。
附图说明
图1是本发明实施例中采用的真空法冰浆制取装置的示意图。
1 计算机；2 温度采集器；3 压力采集器；4 冷凝器；5 真空泵；6 磁力搅拌器；7冰浆生成罐。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变换范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
采用本发明的复配添加剂进行冰浆制取所使用的装置如图1所示，该装置主要由计算机、温度采集器、压力采集器、冷凝器、真空泵、磁力搅拌器和冰浆生成罐组成。计算机通过监测温度、压力数据，来控制装置各部件的工作。
实施例1
以添加剂质量百分比计，配置含0.3%纳米二氧化硅（平均粒径为20nm）、1%氯化钠、0.2%聚乙烯醇和98.5%去离子水的制冰溶液，溶液体积为20mL。采用如图1所示的装置制取冰浆，冰浆制备过程中，通过压力和温度数据的监测，来判断冰晶的生成并控制制冰时间，设定的制冰时间为10min，真空泵抽速为2L/s，磁力搅拌器转速为300r/min。制得的冰浆从形态上看柔软蓬松，呈絮状。通过显微装置，观察到冰晶颗粒大多呈椭球状或球状，测得冰晶粒径分布在10μm至80μm的区间内，平均粒径为32.96μm，其值明显低于目前使用其它制冰溶液制备得到冰浆中冰晶的平均粒径。将制得的冰浆分别储存1 h、2.5h、5h和8h，冰晶粒径分别增至34.15m、35.74μm、37.61μm和39.72μm，增幅分别为3.61%、8.43%、14.11%、20.51%，表明冰晶的团聚和熟化现象并不明显。同时，通过监测，冰浆生成瞬间系统的真空度较未添加本发明复配添加剂时降低了13.2Pa，可见，将本发明的复配添加剂应用于真空法冰浆制取，取得了降低真空度的突出技术效果。
实施例2
以添加剂质量百分比计，配置含0.5%纳米二氧化硅（平均粒径为30nm）、1%氯化钠、0.25%聚乙烯醇和98.25%去离子水的制冰溶液，溶液体积为20mL。采用如图1所示的装置制取冰浆，冰浆制备过程中，通过压力和温度数据的监测，来判断冰晶的生成并控制制冰时间，设定的制冰时间为10min，真空泵抽速为2L/s，磁力搅拌器转速为300r/min。制得的冰浆从形态上看柔软蓬松，呈絮状。通过显微装置，观察到冰晶颗粒大多呈椭球状或球状，测得冰晶粒径分布在20μm至80μm的区间内，平均粒径仅为35.42μm，其值明显低于目前使用其它制冰溶液制备得到冰浆中冰晶的平均粒径。将制得的冰浆分别储存1 h、2.5h、5h和8h，冰晶粒径分别增至36.87μm、38.13μm、40.15μm和42.66μm，增幅分别为4.09%、7.65%、13.35%、20.44%，表明冰晶的团聚、熟化与重结晶现象并不明显。同时，通过监测，冰浆生成瞬间系统的真空度较未添加本发明复配添加剂时降低了29.6Pa，可见，将本实施例的复配添加剂应用于真空法冰浆制取，也取得了降低真空度的突出技术效果。相较于其他所有实施例，采用本实施例的配比，取得了最佳的降低真空度效果。
实施例3
以添加剂质量百分比计，配置含0.5%纳米二氧化硅（平均粒径为25nm）、3%氯化钠、0.5%聚乙烯醇和96%去离子水的制冰溶液，溶液体积为20mL。采用如图1所示的装置制取冰浆，冰浆制备过程中，通过压力和温度数据的监测，来判断冰晶的生成并控制制冰时间，设定的制冰时间为10min，真空泵抽速为2L/s，磁力搅拌器转速为300r/min。制得的冰浆从形态上看柔软蓬松，呈絮状。通过显微装置，观察到冰晶颗粒大多呈椭球状或球状，测得冰晶粒径分布在20μm至80μm的区间内，平均粒径仅为31.42μm，在所有实施例中，此种配比方式得到的冰晶颗粒尺寸最小。将制得的冰浆分别储存1 h、2.5h、5h和8h，冰晶粒径分别增至32.57μm、34.13μm、36.05μm和37.61μm，增幅分别为3.66%、8.62%、14.73%、19.70%，表明冰晶的团聚、熟化与重结晶现象并不明显。同时，通过监测，冰浆生成瞬间系统的真空度较未添加本发明复配添加剂时降低了18.1Pa，可见，将本实施例的复配添加剂应用于真空法冰浆制取，也取得了较佳的降低真空度的突出技术效果。综上，采用本实施例所述的添加剂配比制备冰浆，可达到最佳的细化冰晶颗粒效果，降低真空度效果也较好，且和储存过程中，冰晶的团聚、熟化与重结晶现象与其它配比方式相当，故此配比方案综合效果最佳。
实施例4
以添加剂质量百分比计，配置含0.8%纳米二氧化硅（平均粒径为40nm）、4.5%氯化钠、0.9%聚乙烯醇和93.8%去离子水的制冰溶液，溶液体积为20mL。采用如图1所示的装置制取冰浆，冰浆制备过程中，通过压力和温度数据的监测，来判断冰晶的生成并控制制冰时间，设定的制冰时间为10min，真空泵抽速为2L/s，磁力搅拌器转速为300r/min。制得的冰浆从形态上看柔软蓬松，呈絮状。通过显微装置，观察到冰晶颗粒大多呈椭球状或球状，测得冰晶粒径分布在30μm至90μm的区间内，平均粒径为44.80μm，其值明显低于目前使用其它制冰溶液制备得到冰浆中冰晶的平均粒径。将制得的冰浆分别储存1 h、2.5h、5h和8h，冰晶粒径分别增至46.21μm、48.33μm、50.25μm和53.92μm，增幅分别为3.15%、7.88%、12.17%、20.38%，表明冰晶的团聚、熟化与重结晶现象并不明显。冰浆生成瞬间系统的真空度较未添加本发明复配添加剂时降低了17.3Pa，可见，将本实施例的复配添加剂应用于真空法冰浆制取，也取得了降低真空度的突出技术效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种用于冰浆制取的复配添加剂，其特征在于，所述复配添加剂由纳米二氧化硅、氯化钠和聚乙烯醇复配组成，添加了所述复配添加剂的制冰溶液中各组分的质量百分比配比为：0.5%纳米二氧化硅，其平均粒径为30nm，1%氯化钠，0.25%聚乙烯醇，余量为水，或者为：0.5%纳米二氧化硅，其平均粒径为25nm，3%氯化钠，0.5%聚乙烯醇，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种用于冰浆制取的复配添加剂，其特征在于：所述复配添加剂应用于真空法冰浆制取。
3.根据权利要求2所述的一种用于冰浆制取的复配添加剂，其特征在于：添加所述复配添加剂后，冰晶生成时的系统真空度降低10~30Pa。
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| 二氧化硅纳米颗粒对冰浆中冰晶粒径分布及存储演化特性的影响;刘曦等;《化工学报》;20161130;第68卷(第3期);摘要，第871页"1.1实验原料"，第873页"3.1纳米二氧化硅对冰晶粒径分布的影响" |
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