一种基于蒸发冷凝式的太阳能冰箱设计

2018-09-22杨晓新杜海峰

科技风 2018年27期

杨晓新杜海峰

摘要：该设计对蒸发式制冷进行了分析，从装置运行原理和结构特点进行了论述。通过对太阳能光伏板发电效率和蒸发式制冷效率的研究，讨论了提升制冷效果的有效方法。在制作过程中解决了光伏板供电量不足、蒸发效率过低、装置结构复杂的问题。

关键词：太阳能；光伏；蒸发冷凝；制冷

1 绪论

蒸发冷凝式制冷是用水和空气作为制冷剂，它利用部分水份蒸发时吸收汽化潜热，带走制冷设备冷凝过程放出热量，使温度降低。蒸发冷凝式制冷装置有着节约能量、结构简化、运行费用少等优点。利用这种原理，可以設计出简便的太阳能制冷装置，达到食品的保鲜或简易空调的效果。

2 太阳能冰箱的设计原理

2.1 冰箱制冷原理

蒸发冷凝装置是依靠水在流动的空气中被蒸发，吸收大量汽化潜热而降低冰箱内体温度的，其冷凝温度随湿球温度而变化。由热工学原理可知，湿球温度比干球温度低6℃～8℃，因此在同样室温环境下，蒸发冷凝制冷方式，可使制冷系统冷凝温度下降6℃～8℃。蒸发冷凝式制冷装置由水池、小型水泵、风扇和散热对象组成，该装置可以达到良好的保鲜效果。搭配太阳能光伏板及蓄电池进行供电，无需接入外接电源，就可使系统安全运行。采用水作为制冷剂，制冷过程无污染，且该制冷剂原材料易于获得。该装置结构简易，用电装置负载小。太阳能冰箱适用于阳光充足地区，装置制冷部分应置于避阳处。采用太阳能光伏板供电，供电能力有较高的保障，且适用范围广泛。太阳能发电有着污染小、来源普遍、总发电量大、持续长久的特点，蓄电池可保障该设备在夜晚或阴雨天连续使用。

2.2 蒸发冷凝式冰箱运行原理

冰箱外壳为一个薄钢板做成的长方形箱体，外部设有冷凝排管组、淋水装置、底部设集水盘，箱体外部设循环水泵，箱体顶部装有轴流风机。蒸发制冷器工作时，冷却水由水泵送到上部的喷口，均匀地喷淋在冰箱内体外表面，形成一层水膜，水吸收制冷剂的热量后，一部分蒸发变成水蒸汽被顶部的轴流风机带走，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用。轴流风机强制空气以2—5m/s的速度通过冷凝排管，促进水膜蒸发，并使吸热后的水滴在落下过程中被流动空气冷却，强化冰箱内体降温。热湿空气则被排到周围大气中，散失至大气中的水蒸气由人工补充的方法补充冷却水。

3 太阳能冰箱结构设计与运行调试

3.1 组成及结构

蒸发式冷凝器是由太阳能光伏板、轴流风扇、微型水泵、软管、冰箱内体、箱体等部件组成。该装置采用亚克力板材作为外壳主材料，使用水作为制冷剂，利用微型水泵作为该装置的水循环动力来源，风扇引导整个装置的进气和排气。

3.2 装置特点

该装置采用蒸发制冷，原理为增加水域空气的接触面积及空气流速增加水的蒸发速率带走周围空气的热量以达到为被冷却物降温的目的。整个系统的底部作为储水部分，利用微型水泵将底部的水抽至装置的顶部的软盘管。利用软管内部水压将顶部软盘管内的水经软管上小孔喷淋出，该小孔可以当做节流，装置降低部分温度。整体结构采用下进上出的通风方式，由顶部的风扇将水蒸气排出装置。从小孔处进入空气会直接吹到被喷淋湿的冰箱内体上，并且加大喷淋的水的相对气体流速，使其蒸发以达到对装置内的降温。

3.3 便携式冰箱的技术创新

（1）此制冷装置采用的是太阳能这种清洁能源。太阳能污染小，不会对环境产生不利影响。太阳能能源获得方便，可在绝大多数地区使用，而且太阳能能在较为恶劣的环境下工作。

（2）改装时采用水蒸发制冷。水是一种使用时间非常长的制冷剂，作为制冷剂，水不会对环境造成影响，也不会因为泄露导致中毒。同时作为制冷剂，水的来源非常广泛且廉价，易于获得补充。

（3）该装置现阶段可以缓解夏天炎热所带来的不利因素，缓解因近年来夏季气温增高而产生的中暑及死亡案例。未来应在保证制冷效率的基础上大幅度缩减制作成本。另一方面缩减该装置的使用空间并做好装置的密封。

（4）采用一次换热设计，空气以低流速从蒸发式冷凝器下部四周进入，以高速从冷凝器上部排出，降低装置内水汽的热湿度。

（5）大水量喷淋。最大限度包容冰箱内体壁面，提高换热系数。

3.4 太阳能冰箱运行调试

实验条件：太阳能供电稳定的晴天、环境温度23℃。

实验测试数据：

3.5 太阳能冰箱优点

（1）采用太阳能作为装置能源供给，做到了安全无污染，可在无电力地区使用。

（2）采用水作为制冷剂，该制冷剂安全无污染，廉价易获得。随时随地都可以获得补充。