流化冰

流化冰是一種含有懸浮冰晶顆粒的固液兩相溶液，冰晶粒子微小綿密，直徑不超過1mm，流動性強，可利用泵輸送，也稱為冰漿、液冰、二元冰、顆粒流冰、泵送冰等，是目前國際上新興的一種全新的冷卻介質，主要用於漁業製冷、食品保鮮等領域。

基本介紹

• 中文名：流化冰
• 外文名：Slurry Ice
• 拼音：liuhuabing
• 外觀：白色粥狀溶液
• 主要作用：快速降溫、水產品保鮮
• 物態：固液兩相

特點

（1）冰晶顆粒圓潤，不會破壞水產品表面

塊冰主要是用冰塊切割機將製備好的大型冰塊切割、敲碎，因此多為不規則形狀，而片冰、平板冰、管冰、殼凍的邊緣也相對尖銳，容易在保藏時對水產品表面造成二次傷害，破壞完整性，細菌易在損傷處滋生，降低水產品品質。流化冰顆粒沒有稜角，在保藏、運輸水產品的過程中，不會對其造成傷害，有效保障了水產品的完整性；

（2）冰晶直徑微小，起到良好的密封效果

塊冰尺寸一般較大，可用肉眼清楚看見，而片冰、平板冰、管冰、殼凍的尺寸也在3～50mm不等，鋪在水產品表面時，由於水產品本身形狀也不規則，容易形成較多空隙，與外界空氣直接接觸，造成水產品氧化、變質。流化冰顆粒直徑在50～100um左右，是傳統冰種最小尺寸的1/10，能夠進入微小孔徑，將水產品完全包裹住，隔絕外界環境，具有良好的密閉性；

（3）冷卻速度快，延長水產品保鮮期

與傳統冰種相比，流化冰相變潛熱和低溫顯熱十分巨大。含冰率IPF（IcePackingFactor）為5～30wt%的流化冰，傳熱係數約為3kw/m2·K，是相同條件下常規冷凍水冷卻能力的5～6倍。由於流化冰顆粒尺寸非常小，使得流化凍的表面積增大，換熱面積增大，傳熱效率提高。因此，流化冰釋冷速率快，將水產品放入流化冰中，水產品溫度可以得到迅速的降低；

（4）製冰過程連續封閉，避免二次污染

傳統製冰方法一般都是將冰製備好後，再人工裝載，進入水產品冷藏箱內對水產品進行保鮮。製冰、取冰、輸凍的過程中，由於系統並不連續，而是獨立分開的裝置，將製備好的冰暴露在外環境中，在一定程度上容易被污染，降低清潔度。而流化冰由於是一種水和冰晶粒子組成的混合物，可以利用離心泵作用，通過管道運輸至水產品保鮮箱內，從而保證整個系統自始至終都在封閉的環境中運行，避免外界空氣對流化冰和水產品的二次污染，從而提高清潔度；

（5）輸冰管管徑及製冰機體積小，節省漁船空間

由於介質為冷水的蓄冷系統輸送的熱量形式為顯熱，熱流密度較低，在一定的熱負荷下，需要較大的冷水流量，因此輸送管道的管徑尺寸較大，同時也需要匹配功率較大的水泵。而流化冰有較好的流動性和換熱性，潛熱量大（約為335kJ/kg），與同等條件下常規冷凍水相比，傳熱係數提高50～100%，輸送管道的半徑與流速減少1/2，水泵能耗約為常規冷凍水系統的1/8，設備的體積為傳統製冰機的1/3，尤其適合在空間有限的漁船上使用。

研究機構

針對流化凍的研究尚處於起步階段，主要研究的科研院所有：

（1）浙江海洋學院製冷實驗室。其研究團隊在2012年開展相關研究，主要在流化凍的製備過程、設備控制、節能研究以及保鮮效果等方面取得相應成果。

（2）上海海事大學商船學院。主要研究流化凍的真空製備。

（3）天津商業大學機械工程學院。主要開展針對設備方面流化冰冷卻的套用研究。

套用領域

（1）冷卻降溫：冰蓄冷空調、區域供冷系統、礦井降溫

（2）食品加工與保藏：水產品保鮮、乳製品加工、超市食品冷藏陳列櫃

（3）其他用途：工業管道清洗、醫療快速冷卻、人造雪和冷藏運輸

製備方式

目前漁船遠洋捕撈商業領域套用最廣泛的流化冰製備方式為刮刀法。此外，大型建築空調冰蓄冷領域中常採用的幾種流化冰製備技術（如：過冷法、直接接觸法、真空法），但由於套用於建築工業領域，流化冰中含有乙二醇、丙醇等非食品級物質。本文將這些工業領域的流化冰製備技術作為一個補充，為今後漁船保鮮領域海水流化冰製備技術的發展提供參考方向。

刮刀法

刮刀法（Scraper）：採用的是蒸汽壓縮製冷循環，壓縮、冷凝、節流過程與普通蒸汽壓縮製冷循環相似，特殊之處在於刮刀法製冰系統的蒸發器（製冰管），如圖所示。其工作原理是：蒸發器為兩個同心圓筒，圓筒間的夾層通入製冷劑，而內圓筒中通入海水，製冷劑在夾層中蒸發吸熱，內圓筒海水的熱量被吸收，在內圓筒壁面生成大量冰晶。與此同時，固定在圓心的旋轉軸高速旋轉，旋轉軸上安裝的刮片將壁面上生成的冰晶刮下，與海水混合，形成流化冰。旋轉刮片式的系統運行穩定，換熱係數大，技術也較為成熟，但刮片易磨損，需要及時更換。

刮刀法示意圖

過冷法

過冷法（Supercooled）：是基於水的過冷結晶原理：水降溫的過程中，在一定時間內會產生溫度低於凝固點才開始結凍的現象。水在結冰時，產生過冷現象的原因是水的溫度位於凝固點時，結晶速率等於融化速率，而晶體成核生長的必要條件是溫度低於凝固點，因此只有當水過冷時，才有明顯的晶體淨生長。過冷法就是利用過冷卻器，如圖所示，將水冷卻至過冷態，防止水過早地消除過冷態，在達到最大過冷度後，進入過冷解除裝置對過冷水產生擾動，消除過冷，產生冰晶。其中，過冷卻器相當於一個特殊設計的套管換熱器，與水的接觸面光潔度高且水流流型規則、定常，則可使水在0℃以下繼續保持液態而不結冰。而消除過冷的方法有：①使過冷水發生劇烈衝擊；②利用超音波或電極通過過冷水流等。利用過冷法優點是換熱效率高、初投資較低且系統結構簡單，而主要缺陷在於過冷卻器容易發生冰堵，且得到流化凍的含冰率較低。

過冷卻器示意圖

直接噴射法

直接噴射法（Ejector）：採用載冷氣體與溶液直接接觸，產生劇烈擾動，換熱效率高，同時氣體易與溶液分離。相對於其他形式的製冰系統，直接噴射法具有較大的傳熱效率，這是由於在其他形式的製冰系統中，兩種工質間不能直接接觸，傳熱過程存在傳熱溫差，同時在裝置表面上有可能形成的冰層，導致傳熱熱阻增大、傳熱效率降低。

直接噴射法示意圖

真空法

真空法（Vacuum）：利用減壓降低水的飽和溫度，從而使液滴中的水分蒸發，由於蒸發過程吸收的熱量來自液滴本身，因此液滴溫度降低並冷卻。真空法製備流化冰裝置首先由供水裝置提供水，將水經霧化噴嘴噴射入真空室，在真空泵的作用下，霧化水滴在真空室內迅速蒸發降溫，生成的冰晶經管道輸出，貯存在蓄冰裝置中。真空法製冰設備的特點是：在製備流化凍的過程中不採用CFC或HCFC類製冷劑，由於其製冷劑為水，而水對環境無破壞作用，較其他製冷劑安全、價廉、化學性質穩定、蒸發潛熱大，但對系統密封性和控制要求較高。

真空法示意圖

發展前景

流化冰技術是一種新型的蓄冷技術，是當今世界漁業生產與加工行業中最具潛力和最受關注的高科技製冷保鮮技術，具有非常廣闊的套用前景。流化冰設備初投資高、設備運行不穩定、能耗高，在未來流化冰製取設備的發展方向主要集中在高效節能、實現自動化控制等方面。