一種基于蒸發(fā)冷凝式的太陽能冰箱設計

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：

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[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。