蓄冷劑模塊凍結時間試驗研究

周華東

（松下冷鏈（大連）有限公司 大連 116600）

引言

蓄冷劑模塊可在低溫下吸收并儲存大量冷量，而在溫度較高時又能放出大量冷量，較長時間保持自身及周圍小范圍內的低溫環境。基于以上特點，蓄冷劑模塊首先需要在蓄冷劑凍結柜中先凍結后再被應用在配送過程中，當蓄冷劑融化后將再次被送入蓄冷劑凍結柜中進行再次凍結，如此循環，反復使用。

2020年11 月，《商品無接觸配送服務規范》國家標準正式發布，意味著“無接觸配送”已經被廣大商家及顧客所接受并這被廣泛應用。為保證蔬菜、水果、肉類、海鮮等商品顧客到手的新鮮度，全程冷鏈配送是關鍵！目前，冷鏈運輸的方法有很多，而且效果也都很好，但由于顧客不集中，除了考慮低溫保證的同時還要考慮配送的成本，蓄冷劑模塊由于具有保溫效果持久、可循環使用、價格低的特點，被廣泛應用于廣大居民的冷鏈訂單配送中。

對于一臺蓄冷劑凍結柜來說，如果蓄冷劑模塊的凍結時間越短，數量越多，除了會大大提高蓄冷劑模塊的利用率外，還會大大節省商家的運營成本。本文通過在同一臺蓄冷劑凍結柜中擺放不同數量的蓄冷劑模塊進行對比凍結試驗，研究如何在在保證凍結溫度的前提下，最大限度的凍結蓄冷劑模塊的數量，從而提高蓄冷劑模塊的利用率。

1 試驗研究

選取一種規格的蓄冷劑模塊為試驗樣本：長29 cm，寬18 cm，厚3.5 cm。凝固點為-29 ℃，在試驗凍結過程中蓄冷劑模塊要達到-29 ℃且內部蓄冷劑為固態時才算凍結合格。環境溫度為25 ℃。

1.1 實驗儀器

1）松下蓄冷劑凍結柜1 臺

型號：BYF-1200

有效容積：8.4 L

輸入功率：5.7 kW

制冷劑：R404A

內部尺寸： 72.4 cm×109.2 cm×177.4 cm（長×深×高）

2）HIOKI 溫度記錄儀1 臺

3）熱電偶，測量誤差±1 ℃

1.2 試驗步驟

1.2.1 100 塊蓄冷劑凍結試驗

1）將100 塊蓄冷劑模塊在常溫狀態下放入蓄冷劑凍結柜。

蓄冷劑模塊分前后兩層，上下五層進行擺放，蓄冷劑模塊與模塊之間留有一定的間隙但于冷風循環。圖1為前層的擺放狀態，后層擺放狀態與前層一致。

圖1 前層的擺放狀態

2）柜內上下五層中心位置各設一個溫度檢測點。凍結柜設定-38 ℃。柜內有氣流循環。

3）試驗布置結束，關閉柜門，數據記錄開始。

4）試驗結果：14 h 后，各溫度檢測點溫度均達到-29 ℃以下。試驗數據如圖2。

圖2 試驗數據

1.2.2 120 塊蓄冷劑凍結試驗

1）將120 塊蓄冷劑模塊在常溫狀態下放入蓄冷劑凍結柜。

蓄冷劑模塊分前后兩層，上下六層進行擺放，蓄冷劑模塊與模塊之間留有一定的間隙但于冷風循環。圖3為前層的擺放狀態，后層擺放狀態與前層一致。

圖3 前層的擺放狀態

2）柜內上下六層中心位置各設一個溫度檢測點。凍結柜設定-43 ℃。柜內有氣流循環。

3）試驗布置結束，關閉柜門，數據記錄開始。

4）試驗結果：8 h 后，各溫度檢測點溫度均達到-29 ℃以下。試驗數據如圖4。

圖4 試驗數據

1.2.3 160 塊蓄冷劑凍結試驗

1）將160 塊蓄冷劑模塊在常溫狀態下放入蓄冷劑凍結柜。

蓄冷劑模塊分前后兩層，上下五層進行擺放，蓄冷劑模塊與模塊之間留有一定的間隙但于冷風循環。圖5為前層的擺放狀態，后層擺放狀態與前層一致。

圖5 前層的擺放狀態

2）柜內上下五層中心位置各設一個溫度檢測點。凍結柜設定-43℃。柜內有氣流循環。

3）試驗布置結束，關閉柜門，數據記錄開始。

4）試驗結果：13.5 h 后，各溫度檢測點溫度均達到-29 ℃以下。試驗數據如圖6。

圖6 試驗數據

2 試驗數據

2.1 各試驗數據整理如表1

表1 各試驗數據

2.2 試驗數據分析

從蓄冷劑模塊的凍結速度來看，在同樣的工況下，最底層的凍結速度最快，第一層的凍結速度最慢。

1）從蓄冷劑模塊的凍結溫度來看，在所有模塊均達到凍結要求的前提下，第一層的溫度最高，第五層的溫度最低。

例如：在160 塊蓄冷劑凍結試驗中，當達到實驗要求（凍結13.5 h）時，第一層溫度為-31.03 ℃，第五層溫度為-42.19 ℃。

2）從試驗數據看，在凍結柜設定為-43 ℃的情況下，凍結120 塊蓄冷劑模塊用時8 h，凍結160 塊蓄冷劑用時13.5 h。

3）在最初凍結的2 h 內，蓄冷劑由液態變為固態時降溫速度很快，越接近蓄劑凝固點時降溫速度越慢。

從以上數據看，蓄冷劑模塊的凍結速度跟凍結柜設定溫度、蓄冷劑擺放位置及蓄冷劑一次性凍結數量有關系。從蓄冷劑開始凍結直至完全凍結所需時間最長。

3 結論

通過對試驗數據和結果的分析，得出以下結論：

1）在冬季氣溫比較低時，對蓄冷劑模塊需求量比較少或使用頻率比較低的情況下，可以將蓄冷劑凍結柜的溫度設定在-38 ℃，這樣即可以省電又能滿足客戶對蓄冷劑的需求；

2）在夏季氣溫比較高時，對蓄冷劑模塊需求量比較大且使用頻率比較高的情況下，則需要將蓄冷劑凍結柜的溫度設定在-43 ℃，這樣柜內蓄冷劑模塊的數量可以擺放到120 塊或160 塊，客戶可以根據實際使用頻率進行選擇。

3）在蓄冷劑模塊的擺放時，要將剛剛放入的蓄冷劑模塊盡量放在下層，這樣可以減少凍結時間。

本研究旨在為蓄冷劑模塊的實際應用提供實測數據。另外，本研究只針對一種規格的蓄冷劑模塊進行了試驗研究，其他規格的蓄冷劑模塊的凍結情況還需要進一步研究，用更多的實測數據為客戶的實際使用提供更多的依據。