一種基于蒸發(fā)冷凝式的太陽(yáng)能冰箱設(shè)計(jì)

楊曉新 杜海峰

摘 要：該設(shè)計(jì)對(duì)蒸發(fā)式制冷進(jìn)行了分析，從裝置運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了論述。通過(guò)對(duì)太陽(yáng)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(guò)程中解決了光伏板供電量不足、蒸發(fā)效率過(guò)低、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)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(shí)吸收汽化潛熱，帶走制冷設(shè)備冷凝過(guò)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。利用這種原理，可以設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)便的太陽(yáng)能制冷裝置，達(dá)到食品的保鮮或簡(jiǎn)易空調(diào)的效果。

2 太陽(yáng)能冰箱的設(shè)計(jì)原理

2.1 冰箱制冷原理

蒸發(fā)冷凝裝置是依靠水在流動(dòng)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(xué)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(fēng)扇和散熱對(duì)象組成，該裝置可以達(dá)到良好的保鮮效果。搭配太陽(yáng)能光伏板及蓄電池進(jìn)行供電，無(wú)需接入外接電源，就可使系統(tǒng)安全運(yùn)行。采用水作為制冷劑，制冷過(guò)程無(wú)污染，且該制冷劑原材料易于獲得。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，用電裝置負(fù)載小。太陽(yáng)能冰箱適用于陽(yáng)光充足地區(qū)，裝置制冷部分應(yīng)置于避陽(yáng)處。采用太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電有著污染小、來(lái)源普遍、總發(fā)電量大、持續(xù)長(zhǎng)久的特點(diǎn)，蓄電池可保障該設(shè)備在夜晚或陰雨天連續(xù)使用。

2.2 蒸發(fā)冷凝式冰箱運(yùn)行原理

冰箱外殼為一個(gè)薄鋼板做成的長(zhǎng)方形箱體，外部設(shè)有冷凝排管組、淋水裝置、底部設(shè)集水盤，箱體外部設(shè)循環(huán)水泵，箱體頂部裝有軸流風(fēng)機(jī)。蒸發(fā)制冷器工作時(shí)，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(fēng)機(jī)帶走，其余落在下部集水盤內(nèi)，供水泵循環(huán)使用。軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣以2—5m/s的速度通過(guò)冷凝排管，促進(jìn)水膜蒸發(fā)，并使吸熱后的水滴在落下過(guò)程中被流動(dòng)空氣冷卻，強(qiáng)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(bǔ)充的方法補(bǔ)充冷卻水。

3 太陽(yáng)能冰箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)行調(diào)試

3.1 組成及結(jié)構(gòu)

蒸發(fā)式冷凝器是由太陽(yáng)能光伏板、軸流風(fēng)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(dòng)力來(lái)源，風(fēng)扇引導(dǎo)整個(gè)裝置的進(jìn)氣和排氣。

3.2 裝置特點(diǎn)

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(dá)到為被冷卻物降溫的目的。整個(gè)系統(tǒng)的底部作為儲(chǔ)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(dāng)做節(jié)流，裝置降低部分溫度。整體結(jié)構(gòu)采用下進(jìn)上出的通風(fēng)方式，由頂部的風(fēng)扇將水蒸氣排出裝置。從小孔處進(jìn)入空氣會(huì)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(duì)氣體流速，使其蒸發(fā)以達(dá)到對(duì)裝置內(nèi)的降溫。

3.3 便攜式冰箱的技術(shù)創(chuàng)新

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

（2）改裝時(shí)采用水蒸發(fā)制冷。水是一種使用時(shí)間非常長(zhǎng)的制冷劑，作為制冷劑，水不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，也不會(huì)因?yàn)樾孤秾?dǎo)致中毒。同時(shí)作為制冷劑，水的來(lái)源非常廣泛且廉價(jià)，易于獲得補(bǔ)充。

（3）該裝置現(xiàn)階段可以緩解夏天炎熱所帶來(lái)的不利因素，緩解因近年來(lái)夏季氣溫增高而產(chǎn)生的中暑及死亡案例。未來(lái)應(yīng)在保證制冷效率的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)，空氣以低流速?gòu)恼舭l(fā)式冷凝器下部四周進(jìn)入，以高速?gòu)睦淠魃喜颗懦觯档脱b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(yáng)能冰箱運(yùn)行調(diào)試

實(shí)驗(yàn)條件：太陽(yáng)能供電穩(wěn)定的晴天、環(huán)境溫度23℃。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)：

3.5 太陽(yáng)能冰箱優(yōu)點(diǎn)

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

（2）采用水作為制冷劑，該制冷劑安全無(wú)污染，廉價(jià)易獲得。隨時(shí)隨地都可以獲得補(bǔ)充。

（3）該裝置體積小，占地面積不大，可在室內(nèi)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)達(dá)到了將裝置內(nèi)部物體進(jìn)行有效制冷的目的，有降溫和保冷的使用價(jià)值。該裝置可在無(wú)電力供應(yīng)地區(qū)使用，降低了裝置的使用局限性。太陽(yáng)能和蒸發(fā)制冷無(wú)污染，對(duì)環(huán)境友好，響應(yīng)政府友好環(huán)境發(fā)展的倡議。

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

作者簡(jiǎn)介：楊曉新 （1970-），陜西西安人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事能源動(dòng)力及其自動(dòng)控制研究。