相變儲(chǔ)冷技術(shù)在食品冷鏈物流中的應(yīng)用

張茜茜

（洛陽科技職業(yè)學(xué)院電子商務(wù)學(xué)院，河南 洛陽 471003）

相變儲(chǔ)冷技術(shù)利用物質(zhì)材料在相變過程中能夠吸收或釋放大量熱能的特性，來儲(chǔ)存或釋放冷量。當(dāng)電力信號(hào)處于低谷供應(yīng)狀態(tài)時(shí)，相變材料吸收熱量并將其轉(zhuǎn)化為固態(tài)形式，以便于相變蓄熱器對其進(jìn)行長期存儲(chǔ)；當(dāng)電力信號(hào)處于高峰供應(yīng)狀態(tài)時(shí)，相變材料則快速釋放已被存儲(chǔ)的冷量[1]。這種新型技術(shù)手段在冷鏈物流運(yùn)輸中具有極為可觀的發(fā)展前景，例如利用集熱儲(chǔ)熱裝備實(shí)施對無源冷鏈箱的充冷，以便于長距離運(yùn)輸?shù)氖吖軌蛞恢北３掷漉r狀態(tài)?；谏鲜霰尘埃槍ο嘧儍?chǔ)冷技術(shù)在食品冷鏈物流中的應(yīng)用展開研究。

1 相變儲(chǔ)冷技術(shù)概述

1.1 技術(shù)方法分類

相變儲(chǔ)冷技術(shù)是一種特殊的儲(chǔ)能手段。在冷能使用的低峰時(shí)段，變電設(shè)備對冷能進(jìn)行存儲(chǔ)，并在冷能使用的高峰時(shí)段將其輸出，以達(dá)到對能量消耗的平衡處理?，F(xiàn)有相變儲(chǔ)冷技術(shù)主要包括顯冷儲(chǔ)能技術(shù)、潛冷儲(chǔ)能技術(shù)、冷化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。顯冷儲(chǔ)能技術(shù)隨著溫度變化而放出或吸收熱量；潛冷儲(chǔ)能技術(shù)就是通過激發(fā)冷能潛在能力達(dá)到供應(yīng)能量的目的；冷化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)主要基于可逆的冷化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)過程中，大量吸收或放出熱量。具體的相變儲(chǔ)冷技術(shù)分類情況如圖1所示。

圖1 相變儲(chǔ)冷技術(shù)分類Fig.1 Classification of phase change cold storage technology

不同于其他類型的儲(chǔ)能方法，相變儲(chǔ)冷技術(shù)以冷能資源作為存儲(chǔ)對象，因此其所有相變反應(yīng)只能在低溫環(huán)境下進(jìn)行，這就意味著為保證該項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)的順利實(shí)施，無論是進(jìn)行可逆冷化學(xué)反應(yīng)還是進(jìn)行冷能激發(fā)時(shí)，都要確保儲(chǔ)能系統(tǒng)處于低溫環(huán)境之中。

1.2 相變儲(chǔ)冷技術(shù)內(nèi)涵

相變儲(chǔ)冷技術(shù)的內(nèi)涵離不開能量的相互轉(zhuǎn)化。在食品冷鏈物流中，低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)提供大量冷能信號(hào)，且其溫度水平極低。隨著運(yùn)輸時(shí)間的延長，冷能信號(hào)溫度不斷提升，其所存儲(chǔ)能量被釋放出來，一部分用于提供保鮮食品所需冷能，另一部分用于維持物流運(yùn)輸環(huán)境的低溫狀態(tài)[2]。

相變儲(chǔ)冷過程中，能量的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系參考式(1)：

式中，Wmax表示冷能供應(yīng)效率的最大取值，t表示供冷時(shí)長，β表示冷能釋放系數(shù)，ΔE表示單位時(shí)間內(nèi)所釋放的冷能信號(hào)總量，y?表示相變儲(chǔ)冷技術(shù)的供冷特性，?表示能量轉(zhuǎn)化系數(shù)。由冷能信號(hào)到儲(chǔ)能資源的轉(zhuǎn)化，意味著能量形式發(fā)生了改變，此行為過程必然使低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)儲(chǔ)能量發(fā)生改變，因此相變儲(chǔ)冷技術(shù)的實(shí)施，必然伴隨著能源信號(hào)存儲(chǔ)量的改變。

1.3 低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)

低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于相變儲(chǔ)冷技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)，可以提供食品冷鏈物流所需的能量資源，并可以將外界能量收集起來，并轉(zhuǎn)化為低溫儲(chǔ)能信號(hào)。液冷管的溫度較低，負(fù)責(zé)對低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)所收集的外界能量進(jìn)行低溫轉(zhuǎn)化。導(dǎo)熱硅膠墊片具有一定的隔熱能力，可將液冷管與外界環(huán)境隔絕開來，以避免因溫度改變，而造成儲(chǔ)能資源的損失[3]。電芯的電力感應(yīng)能力較強(qiáng)，可將存儲(chǔ)起來的冷能信號(hào)，以電能資源的形式供給食品冷鏈物流使用。

低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)主要功能設(shè)備的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)主要功能設(shè)備的結(jié)構(gòu)模型Fig.2 Structural model of the main functional equipment of the low-temperature energy storage system

在相變儲(chǔ)冷技術(shù)的作用下，低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)可以源源不斷地將外界能量轉(zhuǎn)化為冷能存儲(chǔ)信號(hào)，所以利用該項(xiàng)技術(shù)對食品冷鏈物流進(jìn)行供能，不會(huì)出現(xiàn)供能中斷的情況。

2 相變儲(chǔ)冷技術(shù)在食品冷鏈物流中的應(yīng)用

2.1 提高儲(chǔ)能效率

選擇合理相變材料是相變儲(chǔ)冷技術(shù)的應(yīng)用核心，其性能與質(zhì)量水平都會(huì)對儲(chǔ)能效率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在食品冷鏈物流中，要選擇優(yōu)質(zhì)的相變材料，來保證相變溫度的穩(wěn)定性，從而在大量存儲(chǔ)冷能資源的同時(shí)，確保低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)可對物流體系提供穩(wěn)定的能量供應(yīng)[4]。要提高相變儲(chǔ)冷技術(shù)的能量轉(zhuǎn)化效率，可在相變材料、換熱器等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，具體實(shí)施方法如表1所示。

表1 提高相變儲(chǔ)冷技術(shù)儲(chǔ)能效率的方法Table 1 Methods for improving energy storage efficiency of phase change cold storage technology

對于食品冷鏈物流運(yùn)輸而言，提高相變儲(chǔ)冷技術(shù)的儲(chǔ)能效率，既可以保障冷鏈?zhǔn)称返倪\(yùn)輸安全性，也可以實(shí)現(xiàn)對相變供能總量的有效控制。

2.2 保障儲(chǔ)能安全性

相變儲(chǔ)冷技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)確保低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)具有良好的密封性能，一方面防止外界水蒸氣與雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)，從而影響相變材料的儲(chǔ)能性能，另一方面也要對儲(chǔ)能系統(tǒng)的密封安全性進(jìn)行定期檢查，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏問題等安全隱患。

溫度是相變儲(chǔ)冷技術(shù)最為關(guān)鍵的控制參數(shù)。為確保儲(chǔ)能安全性，可以加裝溫度傳感器等敏感性溫控設(shè)備。當(dāng)儲(chǔ)能溫度超過安全范圍時(shí)，應(yīng)采取一定措施切斷低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能行為，以避免因溫度過高使相變材料發(fā)生分解，從而造成不必要的能源浪費(fèi)問題。

3 結(jié)論與展望

在食品冷鏈物流中，相變儲(chǔ)冷技術(shù)具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢。本文在深入研究相變儲(chǔ)冷技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了其在食品冷鏈物流中的應(yīng)用，并得出如下結(jié)論。

（1）相變儲(chǔ)冷技術(shù)能夠較好解決冷鏈物流中的溫度波動(dòng)問題，利用相變儲(chǔ)冷材料的相變過程，可以在較小溫度范圍內(nèi)完成對熱量的釋放和吸收，從而使得運(yùn)輸溫度的穩(wěn)定性得到保障。

（2）相變儲(chǔ)冷技術(shù)的節(jié)能減排潛力較強(qiáng)，相較于傳統(tǒng)的食品冷藏方式，相變儲(chǔ)冷材料減少了對外部電量的依賴，在控制碳排放與降低能源消耗量方面具有突出作用價(jià)值。

（3）未來相變儲(chǔ)冷技術(shù)的發(fā)展應(yīng)以注重智能化為主要方向，通過與傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段相結(jié)合，既可以實(shí)現(xiàn)對食品冷鏈物流的智能調(diào)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控，也可以提高整個(gè)物流系統(tǒng)的運(yùn)行效率與可靠性。