蓄冷劑在便攜式保溫箱中的應用與試驗研究

李嘉辰

(合肥市第三中學 230001)

蓄冷劑在便攜式保溫箱中的應用與試驗研究

李嘉辰

(合肥市第三中學 230001)

本文研究了蓄冷劑相變溫度、蓄冷劑用量、環境溫度、環境濕度與便攜式保溫箱溫升時間之間的關系。通過優化組合，使得便攜式保溫箱的性能達到最佳值，保持蓄冷時間長，以滿足不同消費者在日常生活中的使用需求。

蓄冷劑；相變溫度；便攜式保溫箱；試驗

1 、前言

在我們的日常生活中，從商超購買速凍食品（諸如速凍水餃、速凍羊肉卷、冰激凌、雪糕等）面臨的最大問題是擔心從商超到回家的途中食品由于溫度的升高而解凍，特別是在炎熱的夏天。如何將速凍食品從商超完好無損的帶回家，對眾多消費者來說無疑是一個大難題；另一方面，對有車一族而言，在炎熱的夏天長距離行車過程中能隨口喝到冰鎮飲料，也是一種奢求；還有我們在短時間外出（諸如游玩、野炊、體育運動等）時，都想能帶上幾瓶冰鎮飲料，也迫切希望冰鎮飲料能夠較長時間保持冰鎮狀態。等等諸如以上的需求，若能有一臺輕便的帶有蓄冷功能的便攜式保溫箱，基本上就能夠解決我們上述日常生活的需求。

圖1 便攜式保溫箱示意圖

帶有蓄冷功能的便攜式保溫箱，其保溫功能主要依托蓄冷劑來實現[1]。蓄冷劑的種類、用量、性能參數直接決定著便攜式保溫箱蓄冷時間的長短 。為了最大限度的提升便攜式保溫箱的蓄冷能力，本文采用試驗的方法系統地研究了應用蓄冷劑的便攜式保溫箱中蓄冷劑種類（不同的相變溫度）、蓄冷劑用量、環境溫度、環境濕度與便攜式保溫箱溫升時間之間的關系，以尋找便攜式保溫箱的最佳保溫性能。

2 、試驗

2.1 試驗樣品與條件

2.1.1 便攜式保溫箱：2臺（編號：樣品1、樣品2），本試驗用的便攜式保溫箱由盒蓋、把手、箱體三部分組成，其中盒蓋、箱體均為中空結構，中空結構內填充蓄冷劑，如圖1所示。

2.1.2 蓄冷劑：若干，試驗過程中還需要低溫冷凍柜、測溫儀、溫濕度計、計時器和能夠控制環境溫度和濕度的房間等。

2.1.3 試驗環境：環境溫度35℃±2℃、環境濕度50%±2%，且溫度和濕度可調。

2.2 試驗方案

取2臺便攜式保溫箱（編號：樣品1、樣品2）置于規定的環境溫度與濕度的房間里且房間的溫度與濕度可調，首先將便攜式保溫箱內溫度降至20±0.5℃，然后根據策劃的方案分別進行試驗。本文選擇的試驗方案共有4個，分別研究蓄冷劑的種類（不同的相變溫度）與溫升時間、蓄冷劑用量與溫升時間、環境溫度與溫升時間、環境濕度與溫升時間之間的關系，并對試驗數據進行分析，以尋找便攜式保溫箱最佳的保溫條件。同時，本文規定溫升時間是指在環境溫度35℃±2℃、環境濕度50%±2%的條件下，便攜式保溫箱內溫度由-18℃±0.5℃上升至5℃±0.5℃所需的時間。

表1 蓄冷劑種類（不同相變溫度）與溫升時間測試記錄表

表2 蓄冷劑用量與溫升時間測試記錄表

表3 環境溫度與溫升時間測試記錄表

表4 環境濕度與溫升時間測試記錄表

2.3 試驗過程與結果

2.3.1 蓄冷劑的種類（不同的相變溫度）與溫升時間之間的關系

將便攜式保溫箱（編號：樣品1）置于環境溫度35℃±2℃，環境濕度50%±2%的房間里，在選取蓄冷劑用量（重量：1000g）不變的條件下，通過選用不同相變溫度的蓄冷劑來研究與溫升時間的關系。試驗方案為分別取相變溫度為0℃、-2℃、-4℃、-6℃、-8℃、-10℃、-12℃、-14℃、-16℃的蓄冷劑來進行試驗，每次試驗先將便攜式保溫箱放置在低溫冷凍柜內，并將其溫度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房間工作臺上，測定其溫度上升至5℃±0.5℃所需的時間，并記錄其試驗數據，具體見表1。根據數據做出蓄冷劑種類（不同相變溫度）與溫升時間之間的關系圖，如圖2所示。

從圖2中可以看出：隨著蓄冷劑相變溫度的降低，便攜式保溫箱的溫升時間逐漸提高。但當蓄冷劑相變溫度達到-8℃以后，再進一步降低其相變溫度，便攜式保溫箱的溫升時間提高幅度不明顯。這可能是由于蓄冷劑的相變溫度越低，蓄冷劑內有機/無機物含量越高，相變潛熱隨之降低，導致其溫升時間增幅減小[3]。同時，太低的相變溫度，不利于蓄冷劑由液態轉變為固態，進而積蓄冷量。所以，綜合分析便攜式保溫箱采用相變溫度為-8℃的蓄冷劑其保溫時間最合適。

2.3.2 蓄冷劑用量與溫升時間之間的關系

將便攜式保溫箱（編號：樣品2）置于環境溫度35℃±2℃，環境濕度50%±2%的房間里，在選用相變溫度為-8℃的蓄冷劑的條件下，通過改變蓄冷劑的用量來研究與溫升時間的關系。試驗方案為分別取蓄冷劑的重量為800g、1000g、1200g、1500g、1800g、2000g來進行測試,每次試驗先將便攜式保溫箱放置在低溫冷凍柜內，將其溫度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房間工作臺上，測定其溫度上升至5℃±0.5℃所需的時間，并記錄其試驗數據，具體見表2。根據數據做出蓄冷劑用量與溫升時間之間的關系圖，如圖3所示。

圖2 蓄冷劑種類（不同相變溫度）與溫升時間之間關系圖

圖3 蓄冷劑用量與溫升時間之間關系圖

圖4 環境溫度與溫升時間之間關系圖

圖5 環境濕度與溫升時間之間關系圖

從圖3中可以看出:隨著蓄冷劑用量的增加，便攜式保溫箱的溫升時間逐漸提高。但較多的蓄冷劑用量，會增加便攜式保溫箱的重量，不利于老人、小孩等人群使用，削弱了消費者的體驗感。同時，蓄冷劑用量越大，需要將蓄冷劑完全由液態轉變為固態的時間越長，增加了消費者的等待時間，使用效率較低。所以，綜合分析便攜式保溫箱蓄冷劑用量為1500g較合適。

2.3.3 環境溫度與溫升時間之間的關系

將便攜式保溫箱（編號：樣品1）置于環境濕度50%±2%的房間里，在選用相變溫度為-8℃的蓄冷劑、其用量為1500g的條件下，通過改變測試房間的環境溫度來研究與溫升時間的關系。試驗方案為分別取環境溫度為10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃來進行測試,每次試驗先將便攜式保溫箱放置在低溫冷凍柜內，將其溫度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房間工作臺上，測定其溫度上升至5℃±0.5℃所需的時間，并記錄其試驗數據，具體見表3。根據數據做出環境溫度與溫升時間之間的關系圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出:隨著環境溫度的升高，便攜式保溫箱的溫升時間逐漸降低。環境溫度越高，溫升時間降低幅度越大。這是因為：環境溫度越高，熱傳導效率越高，熱損失越快[4]。考慮到便攜式保溫箱多在溫度高的季節內使用，且使用過程中難免有一些極端溫度出現。因此，選用環境溫度為35℃的測試數據來定義便攜式保溫箱溫升時間的測試環溫較適宜。

2.3.4 環境濕度與溫升時間之間的關系

將便攜式保溫箱（編號：樣品2）置于環境溫度35℃±2℃的房間里，在選用相變溫度為-8℃的蓄冷劑、其用量為1500g的條件下，通過改變測試房間的環境濕度來研究與溫升時間的關系。試驗方案為分別取環境濕度為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%來進行測試,每次試驗先將便攜式保溫箱放置在低溫冷凍柜內，將其溫度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房間工作臺上，測定其溫度上升至5℃±0.5℃所需的時間，并記錄其試驗數據，具體見表4。根據數據做出環境濕度與溫升時間之間的關系圖，如圖5所示。

從圖5中可以看出：隨著環境濕度的提高，溫升時間逐漸降低。這是因為：濕度越大，便攜式保溫箱表面越易凝露。凝露不僅提高了便攜式保溫箱的熱傳導系數，而且加劇了冷量的損失，導致溫升時間急劇降低[5]。正常情況下，空氣濕度約為50%左右，而且便攜式保溫箱在高濕度下使用的概率較小。因此，選擇環境濕度為50%的測試數據來定義便攜式保溫箱溫升時間的測試環境濕度較適宜。

3 、結論

本文通過大量的試驗研究，并在充分結合消費者實際使用體驗感良好的情況下，確立了在環境溫度35℃±2℃、環境濕度50%±2%、蓄冷劑用量1500g、蓄冷劑種類（相變溫度為-8℃）的條件下，便攜式保溫箱綜合性能達到最佳值。在上述條件下，便攜式保溫箱溫升時間長達314min，完全能夠滿足不同消費者的日常生活需求。

[1]劉益才，曹立宏，楊智輝，劉振立，黃謙．目前冰箱節能技術分析．家電科技，2006(5): 42-44.

[2]栓獅，梁德青，楊向陽，等．儲能材料與技術[M]．北京：化學工業處本社，2004：7l.

[3]宋德清，方利國，等.相變儲能材料的研究進展及在建筑中的應用[J].節能，2008(6): 4-7.

[4]王勝林，王華，祁先進，等.高溫相變蓄熱的研究進展[J]. 能源工程, 2004(6): 6-11.

[5]劉桂蘭.家用冰箱冷凝器發展動態.機械與電器，2007(4):49-51.

Application and experimentel research of phase-changed material in portable incubator

Li JiaChen
(Hefei No.3 High School 230001)

This paper studies the phase transition temperature,the weight of phase-changed material,temperature,humidity and the relationship between the portable incubator temperature rise time.Through optimizing combination,which makes the performance of the portable incubator to achieve the best value,Keep cool storage time is long,can meet the demand of different consumers use in everyday life.

Phase-changed material； phase transition temperature；portable incubator； experiment