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      一種基于蒸發(fā)冷凝式的太陽能冰箱設計

      2018-09-22 07:49:20楊曉新杜海峰
      科技風 2018年27期
      關鍵詞:制冷光伏太陽能

      楊曉新 杜海峰

      摘 要:該設計對蒸發(fā)式制冷進行了分析,從裝置運行原理和結構特點進行了論述。通過對太陽能光伏板發(fā)電效率和蒸發(fā)式制冷效率的研究,討論了提升制冷效果的有效方法。在制作過程中解決了光伏板供電量不足、蒸發(fā)效率過低、裝置結構復雜的問題。

      關鍵詞:太陽能;光伏;蒸發(fā)冷凝;制冷

      1 緒論

      蒸發(fā)冷凝式制冷是用水和空氣作為制冷劑,它利用部分水份蒸發(fā)時吸收汽化潛熱,帶走制冷設備冷凝過程放出熱量,使溫度降低。蒸發(fā)冷凝式制冷裝置有著節(jié)約能量、結構簡化、運行費用少等優(yōu)點。利用這種原理,可以設計出簡便的太陽能制冷裝置,達到食品的保鮮或簡易空調(diào)的效果。

      2 太陽能冰箱的設計原理

      2.1 冰箱制冷原理

      蒸發(fā)冷凝裝置是依靠水在流動的空氣中被蒸發(fā),吸收大量汽化潛熱而降低冰箱內(nèi)體溫度的,其冷凝溫度隨濕球溫度而變化。由熱工學原理可知,濕球溫度比干球溫度低6℃~8℃,因此在同樣室溫環(huán)境下,蒸發(fā)冷凝制冷方式,可使制冷系統(tǒng)冷凝溫度下降6℃~8℃。蒸發(fā)冷凝式制冷裝置由水池、小型水泵、風扇和散熱對象組成,該裝置可以達到良好的保鮮效果。搭配太陽能光伏板及蓄電池進行供電,無需接入外接電源,就可使系統(tǒng)安全運行。采用水作為制冷劑,制冷過程無污染,且該制冷劑原材料易于獲得。該裝置結構簡易,用電裝置負載小。太陽能冰箱適用于陽光充足地區(qū),裝置制冷部分應置于避陽處。采用太陽能光伏板供電,供電能力有較高的保障,且適用范圍廣泛。太陽能發(fā)電有著污染小、來源普遍、總發(fā)電量大、持續(xù)長久的特點,蓄電池可保障該設備在夜晚或陰雨天連續(xù)使用。

      2.2 蒸發(fā)冷凝式冰箱運行原理

      冰箱外殼為一個薄鋼板做成的長方形箱體,外部設有冷凝排管組、淋水裝置、底部設集水盤,箱體外部設循環(huán)水泵,箱體頂部裝有軸流風機。蒸發(fā)制冷器工作時,冷卻水由水泵送到上部的噴口,均勻地噴淋在冰箱內(nèi)體外表面,形成一層水膜,水吸收制冷劑的熱量后,一部分蒸發(fā)變成水蒸汽被頂部的軸流風機帶走,其余落在下部集水盤內(nèi),供水泵循環(huán)使用。軸流風機強制空氣以2—5m/s的速度通過冷凝排管,促進水膜蒸發(fā),并使吸熱后的水滴在落下過程中被流動空氣冷卻,強化冰箱內(nèi)體降溫。熱濕空氣則被排到周圍大氣中,散失至大氣中的水蒸氣由人工補充的方法補充冷卻水。

      3 太陽能冰箱結構設計與運行調(diào)試

      3.1 組成及結構

      蒸發(fā)式冷凝器是由太陽能光伏板、軸流風扇、微型水泵、軟管、冰箱內(nèi)體、箱體等部件組成。該裝置采用亞克力板材作為外殼主材料,使用水作為制冷劑,利用微型水泵作為該裝置的水循環(huán)動力來源,風扇引導整個裝置的進氣和排氣。

      3.2 裝置特點

      該裝置采用蒸發(fā)制冷,原理為增加水域空氣的接觸面積及空氣流速增加水的蒸發(fā)速率帶走周圍空氣的熱量以達到為被冷卻物降溫的目的。整個系統(tǒng)的底部作為儲水部分,利用微型水泵將底部的水抽至裝置的頂部的軟盤管。利用軟管內(nèi)部水壓將頂部軟盤管內(nèi)的水經(jīng)軟管上小孔噴淋出,該小孔可以當做節(jié)流,裝置降低部分溫度。整體結構采用下進上出的通風方式,由頂部的風扇將水蒸氣排出裝置。從小孔處進入空氣會直接吹到被噴淋濕的冰箱內(nèi)體上,并且加大噴淋的水的相對氣體流速,使其蒸發(fā)以達到對裝置內(nèi)的降溫。

      3.3 便攜式冰箱的技術創(chuàng)新

      (1)此制冷裝置采用的是太陽能這種清潔能源。太陽能污染小,不會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。太陽能能源獲得方便,可在絕大多數(shù)地區(qū)使用,而且太陽能能在較為惡劣的環(huán)境下工作。

      (2)改裝時采用水蒸發(fā)制冷。水是一種使用時間非常長的制冷劑,作為制冷劑,水不會對環(huán)境造成影響,也不會因為泄露導致中毒。同時作為制冷劑,水的來源非常廣泛且廉價,易于獲得補充。

      (3)該裝置現(xiàn)階段可以緩解夏天炎熱所帶來的不利因素,緩解因近年來夏季氣溫增高而產(chǎn)生的中暑及死亡案例。未來應在保證制冷效率的基礎上大幅度縮減制作成本。另一方面縮減該裝置的使用空間并做好裝置的密封。

      (4)采用一次換熱設計,空氣以低流速從蒸發(fā)式冷凝器下部四周進入,以高速從冷凝器上部排出,降低裝置內(nèi)水汽的熱濕度。

      (5)大水量噴淋。最大限度包容冰箱內(nèi)體壁面,提高換熱系數(shù)。

      3.4 太陽能冰箱運行調(diào)試

      實驗條件:太陽能供電穩(wěn)定的晴天、環(huán)境溫度23℃。

      實驗測試數(shù)據(jù):

      3.5 太陽能冰箱優(yōu)點

      (1)采用太陽能作為裝置能源供給,做到了安全無污染,可在無電力地區(qū)使用。

      (2)采用水作為制冷劑,該制冷劑安全無污染,廉價易獲得。隨時隨地都可以獲得補充。

      (3)該裝置體積小,占地面積不大,可在室內(nèi)使用。

      4 結語

      本設計達到了將裝置內(nèi)部物體進行有效制冷的目的,有降溫和保冷的使用價值。該裝置可在無電力供應地區(qū)使用,降低了裝置的使用局限性。太陽能和蒸發(fā)制冷無污染,對環(huán)境友好,響應政府友好環(huán)境發(fā)展的倡議。

      參考文獻:

      [1]石奇光.火電廠能源管理過程及其分析[J].能源技術經(jīng)濟,2012,24(4):62-66.

      [2]武宏波,王智冬,項冰.國內(nèi)外核電發(fā)展形勢分析[J].能源技術經(jīng)濟,2012,24(3):5-9.

      [3]黃素逸等.新能源與技術.中國電力出版社2011年8月第一版P71-P89.

      作者簡介:楊曉新 (1970-),陜西西安人,高級實驗師,主要從事能源動力及其自動控制研究。

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