太陽能光伏直流蓄冷冷庫溫度場模擬和實驗研究

邵超 趙帥 趙有信 馬永志 賀素艷

摘? 要：在一些電網(wǎng)無法覆蓋或者供電嚴(yán)重不足的特殊地區(qū)，傳統(tǒng)的冷藏設(shè)備無法使用，醫(yī)療制品的存儲是一個難以解決的問題。為了解決這些特殊地區(qū)醫(yī)療制品的存儲問題，提出了一種太陽能光伏直流蓄冷冷庫，使用Fluent軟件對冷庫的瞬態(tài)溫度場進(jìn)行理論模擬，發(fā)現(xiàn)將蓄冷箱布置在四面墻壁的情況下冷庫溫度均勻性良好。在理論模擬的基礎(chǔ)上搭建冷庫進(jìn)行實測，證明了采用這種布置方式完全可以滿足疫苗等醫(yī)療制品的冷藏要求，以及太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫在偏遠(yuǎn)干旱地區(qū)的應(yīng)用是可行的。

關(guān)鍵詞：太陽能;光伏制冷;直流壓縮機(jī);相變蓄能;溫度場;模擬

中圖分類號：TM615? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0029-04

Simulation and Experimental Study on Temperature Field

of Solar Photovoltaic DC Cold Storage

SHAO Chao，ZHAO Shuai，ZHAO Youxin，MA Yongzhi，HE Suyan

（School of Electromechanic Engineering，Qingdao University，Qingdao? 266071，China）

Abstract：In some special areas where the power grid cannot be covered or the power supply is seriously insufficient，the traditional refrigeration equipment cannot be used，and the storage of medical products is a difficult problem to solve. In order to solve the storage problem of medical products in these special areas，a solar photovoltaic DC cold storage is proposed. The transient temperature field of the cold storage is simulated by Fluent software. The results show that the temperature uniformity of the cold storage is good when the cold storage box is arranged on four walls. On the basis of theoretical simulation，a cold storage was built for actual measurement，which proved that the arrangement can meet the cold storage requirements of vaccines and other medical products. It is proved that the application of solar energy direct drive cold storage in remote arid area is feasible.

Keywords：solar energy;photovoltaic refrigeration;DC compressor;phase change energy storage;temperature field;simulation

0? 引? 言

目前依賴電網(wǎng)運(yùn)行的傳統(tǒng)冷庫，無法滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)、島嶼等用電緊張地區(qū)的冷藏需求，由太陽能光伏驅(qū)動的制冷冷庫不依賴于電網(wǎng)運(yùn)行，非常適合偏遠(yuǎn)地區(qū)、島嶼等環(huán)境。太陽能制冷領(lǐng)域主要包括太陽能熱制冷和太陽能光伏制冷。對此很多學(xué)者對太陽能制冷進(jìn)行了研究，劉群生等[1]對一種光伏直流冰箱系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行了實驗研究，并對該系統(tǒng)進(jìn)行了?分析。楊宇飛等[2]提出一種無蓄電池的光伏直接驅(qū)動的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，并對其進(jìn)行仿真計算。孔祥強(qiáng)[3]研究分析了工質(zhì)R290在直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)中的分布和遷移特性。Modi等[4]的研究成果表明把傳統(tǒng)的165 L冰箱轉(zhuǎn)變?yōu)楣夥涫强尚械摹鴥?nèi)外學(xué)者對太陽能光電制冷相關(guān)方面做了大量的研究。但是都局限于太陽能光伏冰箱和太陽能光伏冷藏箱這類的小型冷藏存儲，這類小型設(shè)備存在儲存空間小、成本極為昂貴的問題。

針對上述問題，結(jié)合青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院院級科研項目，本文以理論結(jié)合實際提出了一種太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫，太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫存儲空間大，可以更好地滿足缺電地區(qū)的冷藏儲存要求，為了研究冷庫的性能，本課題使用Fluent軟件對冷庫的瞬態(tài)溫度場進(jìn)行理論模擬，并對冷庫的保溫性和溫度均勻性進(jìn)行測試。

1? 太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫系統(tǒng)

本文研究的太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫，結(jié)合了太陽能光伏發(fā)電、蒸氣壓縮式制冷、相變蓄冷。在傳統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要多組蓄電池，蓄電池在使用過程中會造成大量環(huán)境污染，危害人體健康，后期維護(hù)困難，維護(hù)成本高，于是太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫中取消太陽能蓄電池這一部件[5]。為了保證夜間和陰天期間冷庫內(nèi)的制冷需求，在冷庫內(nèi)添加相變蓄冷裝置，相變蓄冷裝置中儲存的蓄冷材料吸收多余的冷量，用于滿足冷庫夜間或陰天期間的制冷需求，維持冷庫內(nèi)溫度均勻穩(wěn)定。圖1為太陽能直接驅(qū)動蓄冷冷庫系統(tǒng)示意圖。

圖1中太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏板1，連接器2，控制器3組成，產(chǎn)生直流電供給直流壓縮機(jī)4，直流壓縮機(jī)4直接驅(qū)動蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)運(yùn)行，制取的冷量在蓄冷箱10中通過相變吸收儲存，蓄冷箱10中的相變材料選用水，夜間或陰天期間內(nèi)將儲存起來的冷量通過相變換熱釋放到冷庫內(nèi)部存儲空間內(nèi)，維持冷庫空間內(nèi)溫度穩(wěn)定。