一種基于蒸發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電效率和蒸發式制冷效率的研究，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、蒸發效率過低、裝置結構復雜的問題。

關鍵詞：太陽能；光伏；蒸發冷凝；制冷

1 緒論

蒸發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。蒸發冷凝式制冷裝置有著節約能量、結構簡化、運行費用少等優點。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的效果。

2 太陽能冰箱的設計原理

2.1 冰箱制冷原理

蒸發冷凝裝置是依靠水在流動的空氣中被蒸發，吸收大量汽化潛熱而降低冰箱內體溫度的，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℃，因此在同樣室溫環境下，蒸發冷凝制冷方式，可使制冷系統冷凝溫度下降6℃～8℃。蒸發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，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。太陽能發電有著污染小、來源普遍、總發電量大、持續長久的特點，蓄電池可保障該設備在夜晚或陰雨天連續使用。

2.2 蒸發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，箱體外部設循環水泵，箱體頂部裝有軸流風機。蒸發制冷器工作時，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，供水泵循環使用。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，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試

3.1 組成及結構

蒸發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。利用軟管內部水壓將頂部軟盤管內的水經軟管上小孔噴淋出，該小孔可以當做節流，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體上，并且加大噴淋的水的相對氣體流速，使其蒸發以達到對裝置內的降溫。

3.3 便攜式冰箱的技術創新

（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，不會對環境產生不利影響。太陽能能源獲得方便，可在絕大多數地區使用，而且太陽能能在較為惡劣的環境下工作。

（2）改裝時采用水蒸發制冷。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，降低裝置內水汽的熱濕度。

（5）大水量噴淋。最大限度包容冰箱內體壁面，提高換熱系數。

3.4 太陽能冰箱運行調試

實驗條件：太陽能供電穩定的晴天、環境溫度23℃。

實驗測試數據：

3.5 太陽能冰箱優點

（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，可在室內使用。

4 結語

本設計達到了將裝置內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使用，降低了裝置的使用局限性。太陽能和蒸發制冷無污染，對環境友好，響應政府友好環境發展的倡議。

參考文獻：

[1]石奇光.火電廠能源管理過程及其分析[J].能源技術經濟，2012，24（4）：62-66.

[2]武宏波，王智冬，項冰.國內外核電發展形勢分析[J].能源技術經濟，2012，24（3）：5-9.

[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。