可控分离式热管在蓄冷冰箱中的应用研究

发布时间：2020-07-08 00:17

【摘要】：普通的直冷冰箱冷藏室内温度波动较大,食品保鲜能力较差,同时压缩机每天24小时频繁启停运行,能耗较高。将相变蓄冷技术应用在谷电蓄冷冰箱当中,不仅有利于电网的“削峰填谷”,而且可以降低冷藏室的温度波动以及压缩机的启停频率,节约能耗的同时延长压缩机的使用寿命。分离式热管(SHP)控温技术,是利用电磁阀来主动控制热管的启停,实现温度的精确控制。因而将相变蓄冷材料以及SHP应用在冰箱中具有很好的应用前景。本文针对可控分离式热管在蓄冷冰箱的应用研究开展了以下工作:1)设计了将冰箱冷藏蒸发器作为SHP系统蒸发段的实验方案,并分别对SHP系统在4种不同工质下的充注率进行了模拟和实验研究,得到了相应工质的最佳充注率,同时对比了4种工质的传热性能与控温性能。实验结果表明在23.5%的充注率下R407C的传热性能最好,冷藏室内温度从25℃降至5℃仅需90min,降至2℃时仅需129min,同时维持冷藏室内温度为5℃时,SHP开机率仅为26.01%,维持2℃时,开机率为51.24%,利用SHP降温可满足冷藏室内的控温要求。2)利用步冷曲线对无机共晶盐类的蓄冷与释冷过程进行了分析,得到了氯化钠盐溶液的共晶点浓度,与化学实用手册中吻合的较好,但由于氯化钠在低温下溶解度较小,因此重复使用时易存在相分离现象。采用正交实验法,对丙三醇/氯化钠/水以及乙二醇/氯化钠/水的相变蓄冷材料进行初步筛选,然后对质量配比进行微调,最终得到了3种不同质量配比的丙三醇/氯化钠/水溶液,可以作为冷冻室的相变蓄冷材料,其相变峰值温度在-18.4℃～-23.7℃,并利用DSC曲线测得了其相变潜热及相变温度范围。3)搭建了可控分离式热管新型蓄冷冰箱实验平台,通过降温实验初步验证了该新型蓄冷冰箱的可行性,并对相关的实验结果进行了初步探讨,结果表明:该新型蓄冷冰箱能够利用SHP的启停控制以及相变材料的蓄冷及释冷功能来实现冷藏室的降温,在25℃环温下,冰箱冷藏室能够在185min内从25℃降至7℃左右。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB657.4
【图文】：

国对能源的掌控。逡逑总体上，我国能源资源丰富，但存在分布不均、人均拥有量低、能源利用效逡逑率低和能源消费结构不合理等问题［２］。如图１．１所示，我国大部分的煤炭资源集逡逑中在西北和华北地区，而石油和天然气资源则主要分布在中西部地区，资源分布逡逑地区与我国主要耗能地区相距较远，长距离的运输也加大了能源利用成本，造成逡逑了能源的部分浪费［３］；此外，我国煤炭和石油等化石能源的消耗仍占能源消费总逡逑量的８０％以上，如图１．２所示，核能、水电、太阳能等可再生能源的比重较低，逡逑而化石能源的消耗会产生大量的Ｃ０２、ＮＯｘ、Ｓ０２以及粉尘等，对我国的生态环逡逑境造成了严重污染，降低了人民的生活品质，因此，大力发展可再生能源、改善逡逑能源消费结构己迫在眉睫［４］。—邋—逦逡逑？中国至要能源矿产逡逑ｅ凝j_评一逡逑二一邋Ｉ、逦逦逦逡逑图ｉ．ｉ

因而消耗的电力资源非常可观。根据中国产业信息研宄院提供的相关逡逑数据，从２０１０年？２０１８年，我国每年冰箱的产量都维持在８０００万台左右［１３］，逡逑这个趋势短时间内难以改变，如图１．３所示。根据前瞻产业研宄院的数据，目前逡逑我国的冰箱保有量己达２．０亿台，平均每７人左右拥有１台冰箱，冰箱的保有量逡逑接近饱和［１４］。传统冰箱的大规模使用，促进了人们消费的增长，改善了生活品逡逑质，但是也增加了巨大的电能消耗，在供电高峰期间给电网增加了大量的负荷，逡逑因此开发新型节能冰箱势在必行。逡逑灥ｊ逦网产量（万台）逡逑８。。。＿邋＿＿＿＿＿＿＿＿逡逑Ｃ邋ＩＩＩ邋｜逡逑■ｌｉ邋＿＿＿＿＿＿＿＿逡逑２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６邋２０１７邋２０１８逡逑生产年份逡逑图１．３家用冰箱年产量［１３］逡逑冰箱按照不同的工作原理主要由以下几种分类：压缩式电冰箱、吸收式电冰逡逑箱、太阳能电冰箱、半导体电冰箱等。其中压缩式电冰箱主要依靠制冷工质（如逡逑Ｒ６００ａ、Ｒ１３４ａ等）在低压蒸发器中汽化吸热成低压气态制冷工质，而后在压缩逡逑机中被压缩成高温高压的气体，经过冷凝器冷凝成高压的液态工质，液态工质再逡逑经过毛细管节流后变成低压的液态工质重新流入蒸发器中，依此循环。在前述的逡逑几种制冷方式中，压缩式制冷由于其效率高，生产技术及工艺都很成熟，因此得逡逑到了广泛的应用。而压缩式电冰箱又根据蒸发器类型的不同

逑１．２．１压缩式直冷电冰箱逡逑图１．４为典型的压缩式直冷电冰箱的结构图及实物图，它首先依靠板管蒸发逡逑器或者绕管蒸发器的热传导作用给冰箱的箱胆进行降温，然后依靠冰箱内部空气逡逑的自然对流，使得冰箱内温度达到相应的储藏要求。目前，降低冰箱能耗的方法逡逑主要包括：使用高效的变频压缩机［１５＿１９１、优化蒸发器和冷凝器的结构，提高其换逡逑热效率ｉｍ］、制冷工质的传热优化＆２４］、改善冰箱保温层的隔热性能ｐｕｉ、提逡逑高制冷系统匹配性［２９’３（）］等。根据ＧＢ／Ｔ邋８０５９－２０１６《家用和类似用途制冷器具》逡逑的要求，在２５°Ｃ的环温下，冷藏室平均温度需维持在０￣８°Ｃ以内，三星及以下逡逑冷冻室的温度最大值低于－１８邋°Ｃ［３１］。新国标采用年耗电量代替日耗电量，对直冷逡逑冰箱的节能环保再次提出了更为严苛的要求。逡逑逦逦——．逦．邋｜丨「’１咖＿逡逑逦逦邋．曹＇、—丨一＂扣卿＿＿＿，丨逡逑ｈＩｂ逡逑—１逡逑媝＿逡逑图１．４直冷压缩式冰箱逡逑与此同时，随着冰箱产品的普及与多功能化的技术要求，消费者对冰箱食品逡逑保鲜的要求也日益严格。研究表明

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本文编号：2745822