8455新澳门路线网址太阳能冰箱的研究及应用前景分析

 冷柜的制冷方法有很多中,但是被广泛使用的缺很少。为什么呢?那是因为不同的冷柜,用在不同的地方,需要采用不同的制冷方式,所以才形成这样的局面。今天就给大家介绍一种比较少见的冷柜制冷方法-相变制冷。不在制冷行业的朋友,估计都没听说过吧。我也是今天查看资料,才看到的,下面就给大家分享一下吧。冷柜相变制冷是物质在状态变化过程中,如熔解、汽化和升华等,都要吸收热量,因此都有制冷作用。利用相变制冷,系统所能达到的温度取决于物质相变的温度,而系统所获得的制冷量,取决于该物质的相变潜热。为了连续获得一定的制冷量,使系统保持所要求的低温,就必须不断补充相变物质。而相变物质的补充方式有单向和循环两种方式,固体熔解和升华属单向制冷,液体汽化可实现循环制冷,因为汽化后的相变物质可采用一定方法使之重新液化,供循环使用。由于汽化、液化的潜热很大,因而超市冷柜制冷能力很强。目前,广泛采用的相变循环制冷方式有下面两种:

作为冰箱消费大国,中国每年都有上千万台冰箱进入市场,冰箱在给人民生活带来便利的同时,也消耗了大量的电力资源。据统计,目前中国冰箱保有量为1.3亿台,家用冰箱的城市普及率已超过90%,农村普及率也已超过16%,其年用电量达6000亿度,占居民总用电量的25%~45%。同时,目前中国仍以煤为主要资源进行电力生产,生产过程中会排放出大量的二氧化碳和其他有害气体。在常规能源日渐耗尽和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下,推广太阳能冰箱可以使有害气体的排放量得到大幅削减,有利于减轻对大气的污染,并将推动国内能源的可持续利用。太阳能制冷技术的现状太阳能制冷是太阳能利用的一个重要方面,人们在这一领域已经进行了大量研究。目前,实现太阳能制冷主要有两种形式:一种是光电转换制冷,实际上是太阳能发电的一种应用,先实现光电转换,再利用太阳能电池驱动冰箱的压缩式制冷系统;另一种是太阳能光热转换制冷,其研究方向主要包括太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷和太阳能喷射式制冷。1.吸收式制冷系统。自蒸发器出来的低压蒸气进入吸收器,被吸收剂强烈吸收,吸收过程中放出的热量被冷却水带走,形成的浓溶液由泵送入发生器中,被热源加热后蒸发,产生高压蒸气,进入冷凝器冷却,而稀溶液减压回流到吸收器,完成一个循环。2.吸附式制冷系统。工作过程由热解吸和冷却吸附组成,基本循环过程是利用太阳能或者其他热源,使吸附剂和吸附质形成的混合物(或络合物)在吸附器中发生解吸,放出高温高压的制冷剂气体进入冷凝器,冷凝出来的制冷剂液体由节流阀进入蒸发器。制冷剂蒸发时吸收热量,产生制冷效果,蒸发出来的制冷剂气体进入吸附发生器,被吸附后形成新的混合物(或络合物),从而完成一次吸附制冷循环过程。3.喷射式制冷系统。制冷剂在换热器中吸热后汽化、增压,产生饱和蒸气,蒸气进入喷射器,经过喷嘴高速喷出膨胀,在喷嘴附近产生真空,将蒸发器中的低压蒸气吸入喷射器,经过喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、凝结,然后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化,这部分工质完成的循环是制冷循环。光电转换制冷原理简单,容易实现,但其太阳能电池成本较高;而光热转换制冷虽然技术要求高,但成本低廉。吸收式制冷技术出现的最早,技术相对成熟,目前太阳能溴化锂吸收式制冷机已广泛应用在大型空调领域,但是吸收式制冷系统庞大,运行复杂,并且制冷剂存在易结晶、腐蚀性强、蒸发温度只能在0℃以上等缺点,同时其工作压力高,具有一定危险性。在喷射式制冷技术中,循环泵是唯一的运行部件,系统设置比较简单、运行稳定、可靠性高,但喷射制冷效果较低。鉴于此,目前太阳能用于冰箱技术的实现途径主要是太阳能光电转换制冷技术和太阳能吸附制冷技术。太阳能光电制冷冰箱技术太阳能光电制冷冰箱主要包括太阳能光伏冰箱和太阳能半导体冰箱。太阳能光伏冰箱是在普通传统压缩式冰箱基础上研制成的,由太阳电池、控制器、蓄电池和冰箱等部件组成。由于太阳能光伏冰箱的内部结构与传统冰箱相同,只是供电装置改为太阳能电池,因此实现起来相对简单。国外文献报道显示,很多实验结果表明,把传统交流冰箱改制成适用于光伏太阳能系统的直流冰箱后,各部件可以正常运行,冰箱可以正常工作。而在国内,针对太阳能光电制冷冰箱的研究也不少,并有一定进展。《太阳能学报》2007年报道了刘群生等对一种光伏直流冰箱系统运行性能的研究结果,该系统的唯一动力源为太阳能,采用直流压缩机,系统中配有蓄电池。实验结果表明:该冰箱冷冻室的最低温度可达-16℃,冷藏室可达0~10℃,在25℃的环境温度下工作时,运转率为48%。早在1997年,黄福林就将新型全数字式SPWM调制方式应用在太阳光电制冷冰箱的变频电路,并实现了冰箱温度的自动控制。在太阳能半导体冰箱的研究方面,甘肃自然能源研究所邹今平及罗斌等,都曾撰文介绍太阳能电池驱动的半导体制冷冰箱系统的基本结构,建立了太阳能电池驱动的半导体冰箱的理论模型,并对系统性能进行了数值模拟,分析了太阳辐射强度和环境风速变化对太阳能半导体制冷系统性能的影响。太阳能吸附制冷冰箱技术21世纪90年代,中国已经开始对太阳能吸附制冷冰箱的研究,但是大多数还局限在实验室,尚未达到预期的实用化程度,主要原因是受到制取温度高及太阳能的时间局限性的影响。同时,太阳能吸附制冷冰箱室外吸附床和室内制冷器之间需要管路连接,也是影响太阳能吸附制冷冰箱进入批量生产阶段的主要障碍。为了解决以上各种缺陷,国内研究人员从系统循环机理、吸附制冷工质对的选择、太阳能冰箱的性能、内外特性分析及优化设计等诸多方面对太阳能固体吸附式制冷技术进行了详细分析研究。上海交通大学制冷所热环境研究室孙长江经过数年潜心研究,按照批量生产所要求的工艺和流程,制造了两台太阳能吸附式冰箱。实验结果表明该冰箱性能较为稳定,证明这种太阳能冰箱在技术上已经具备了成熟的生产制造条件。在太阳能吸附冰箱中,吸附工质对的选择非常重要。国内研究人员尝试研究不同的吸附工质对的吸附特性,其中包括CoF2-NH3、SrCl2-NH3、活性炭-甲醇、活性炭-乙醇等。实验结果表明,CoF2-NH3工质对的单位吸附量大,达到最大吸附量时的温度要求低,吸附周期短,并且多次重复吸附后既不结块、也不膨胀,为化学吸附式制冷系统的小型化和实用化提供了新的可能性;SrCl2-NH3工质对的吸附制冷量大,适宜太阳能或低品位余热驱动,是性能优良的工质对;活性炭-甲醇工质对较之活性炭-乙醇工质对更适用于太阳能固体吸附式制冰机中。高效太阳能集热器是太阳能冰箱的关键部件,有非聚焦型太阳能集热器和聚焦型太阳能集热器两类。其中,非聚焦型太阳能集热器分为平板型、真空管和CPC型三种,这三种集热器集热温度均不高,在250℃以下,属于低温或者中温太阳能集热器;聚焦型太阳能集热器分为槽式、碟式和塔式三种,通常情况下,这三种聚焦型集热器集热温度均可达300℃以上,属于中高温集热器。对于太阳能冰箱而言,非聚焦型太阳能集热器主要应用于太阳能吸附制冷冰箱系统,而聚焦型太阳能集热器可应用于太阳能光电制冷冰箱系统。目前,国内外对太阳能集热器的研究和利用多限于中低温范围。太阳能冰箱的开发应用目前,国内外对太阳能冰箱研究最多也较接近实用化的是太阳能光电制冷冰箱,而对太阳能吸附制冷冰箱的研究,还停留在对太阳能制冷的基础理论和试验样机的研制上。
太阳能光电制冷冰箱一般采用常规的冰箱外接太阳能发电装置,研究重点在太阳能电池的充放电特性,由于对冰箱压缩机光伏特性考虑较少,对太阳能光电制冷冰箱各部件匹配性的研究也不够完善,并且太阳能吸热装置的效率非常低,因而整个系统的效率尚不能与传统冰箱相比,成本也比传统冰箱高的多。在太阳能吸附式制冷冰箱方面,当前研究较多的是吸附剂—制冷剂工质对的性能,需要解决吸附床传热性能如何进一步强化,吸附床、集热器白天集热和夜间散热之间的关系如何有效的解决,如何将夜间的制冷量有效地贮存到白天使用等问题。笔者认为目前在太阳能冰箱应用开发中亟待进一步解决的关键技术如下:1.高效太阳能集热器技术太阳能集热器是太阳能转化为热能的装置,在太阳能冰箱系统中占有重要地位,其效率和价格会直接影响到整个太阳能冰箱的效率和经济性。为了提高太阳能集热器的效率,当前的研究大多局限于吸收器和聚光装置结构的改进,而对集热器吸热本质的研究投入较少,而吸热的本质体现在材料的光学特性,即对某个波段的光的吸收能力。因此,笔者认为,吸收器及其表面吸收涂层材料的研制将是提高太阳能冰箱集热器效率的关键所在,在技术上还有很多值得改进和发展的地方,如在吸热器表面涂上对太阳辐射具有很高光谱吸比的涂层,以保持最大限度采集太阳辐射能;或者根据材料的辐射特性合理选用吸热面材料以使其在0.3~3μm的波长范围内的光谱吸收比接近于1。2.高效太阳能蓄能技术为了克服太阳能的时间性所导致冰箱白天和夜里工作状况不能一致的缺陷,在系统设计时,应设计一个合理的蓄能装置,以便把白天产生的能量部分蓄存起来,供晚上或阴雨天使用,真正实现全天候制冷,以达到与常规冰箱一样的效果。当前,太阳能光电蓄能主要有如下几种,即电容器蓄能、铅蓄电池蓄能、镍氢电池蓄电和钾离子电池蓄电。以上各种蓄能电池的应用技术已经较为成熟,只是蓄能容量偏小,如何提高该类型电池的容量是今后的研究方向。太阳能吸附制冷冰箱目前已采用和正在研究的蓄能技术,主要是利用工作介质状态变化过程所具有的显热、潜热效应或化学反应过程的反应热来进行能量储存。由于潜热蓄冷技术是利用物质相变时需要吸收或放出热量的特性来储存或释放能量,同吸附式制冷原理相同,因此潜热蓄能技术的研究对太阳能吸附制冷冰箱的蓄能来说具有实际意义。另外,对于太阳能吸附制冷冰箱的蓄能技术,要从对工质对本身特性的研究发展到放在整个系统中进行,并对吸附制冷装置的结构做进一步改进。太阳能冰箱的应用前景传统冰箱的使用需要消耗大量常规能源,间接对环境造成的污染越来越严重。从中国现阶段的能源供应情况和环境保护需求来看,开发使用清洁能源的冰箱将是大势所趋。另外,中国有许多偏远地区和游牧民族至今尚未被纳入供电网络,还没有条件使用电冰箱保存食品,这些也为太阳能冰箱的开发提供了潜在市场。但是,现阶段也存在种种因素限制着太阳能冰箱制冷技术的广泛应用。一方面,由于太阳能的利用效率低、价格高,并且受时效影响,对于居住相对集中的楼房,集热器的安装将受到很大的限制;另一方面,太阳能制冷有多种形式,但就目前的研究现状来看,各种不同形式的制冷系统均存在不足。如何进一步提高系统的运行效率以及各种制冷循环的联合运行都是将来研究的重点领域。随着太阳能冰箱系统设计所需的新材料、新技术的发展,在政府节能环保和家电下乡政策的支持下,太阳能在冰箱制冷中的研究应用一定会取得很大的发展。笔者认为,当前以消费大量电力驱动传统冰箱的技术已日趋完善,单纯从高效、节能、省电方面对冰箱进行技术革新已很难有大的突破,但太阳能冰箱还有较大的发展空间,将是未来冰箱业的一个发展方向。太阳能冰箱的开发是冰箱行业的一次重大革新,对于带动整个冰箱产业技术链的升级换代具有巨大的推动作用,并将为环保、节能减排等做出巨大贡献。(end)

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电冰箱给我们的生活带来了极大的方便,是家用电器中必不可少的制冷设备。市面上常见的电冰箱有气体吸收式和半导体式两种,家里常用的电冰箱基本上都是气体吸收式的,下面为大家讲一下气体吸收式电冰箱的基本工作原理及控制原理。

   
(1)蒸气压缩制冷循环。将蒸发器出来的蒸气冷却加压后,重新冷凝为液体,然后再蒸发,如此不断循环,这就是蒸气压缩制冷循环。冷柜和家用空调器采用这种制冷方式。将冷柜制冷用的工质充灌在一个密封的系统内,液态工质经节流装置节流降压后,在蒸发器中等压汽化吸热,变为低温、低压蒸气,然后经过压缩机绝热压缩成高温高压蒸气,最后在冷凝器中液化放热,并再进入节流装置,从而完成一个制冷循环。

电冰箱的基本工作原理

   
(2)吸收式制冷循环。吸收式制冷循环利用热源所提供的热能,使工质产生循环。它用吸收器和发生器等部件代替压缩机,并采用两种工质,低沸点的工质称制冷剂,高沸点工质称吸收剂,而其他部件的作用和原理与蒸气压缩制冷循环基本相同。

电冰箱和空调中的制冷都属于普通那个制冷。普通制冷常用的制冷方法有相变、节流、膨胀、涡管、电热制冷等。目前能够用作制冷剂的物质很多,而冰箱、空调常用的制冷剂有R12、R22、R502及环保型制冷剂,它们都属于中温中压制冷剂。

   
吸收式制冷循环存在两个循环回路,它的工作过程为:液态制冷剂经节流装置节流降压后,在蒸发器中等压蒸发吸热,变为低压、低温的制冷剂蒸气后进入吸收器,被吸收剂强烈吸收,形成高浓度的制冷剂溶液,并放出溶解热。制冷剂溶液由泵送入发生器中,被热源加热升温,产生高压制冷剂蒸气,送到冷凝器中冷凝成液态制冷剂,而发生器中剩下的稀溶液经减压后又回到吸收器中。这就是冷柜相变制冷的一个过程,这种冷柜一般多用于比较特殊的地方,因为它可以使冷柜温度很低。

电冰箱通常使用R12作为制冷剂,采用蒸汽压缩制冷方法。蒸发、压缩、节流和冷凝是制冷循环的4个过程。

 

1.蒸发过程

蒸发过程是在冷凝器内进行。液体制冷剂在蒸发器内蒸发成气体的过程,即液体进行汽化变相的过程要吸收热量,使其周围的介质温度下降或保持一定的低温状态,这就达到了制冷的目的。蒸发器制冷量的大小由蒸发器内制冷剂的多少决定,流入蒸发器的制冷剂的多少由节流阀来控制。

2.节流阀

节流阀是又长又细的毛细管,制冷剂经过冷凝器后,液态制冷剂的冷凝温度和冷凝压力都高于蒸发温度和蒸发压力,在进入蒸发器前应使它降温降压。液态制冷剂通过又细又长的毛细管时,温度和压力都会下降,然后再流入蒸发器。

3.冷凝过程

冷凝过程在冷凝器中进行,它是一个恒压放热过程。蒸发器流出的制冷剂蒸汽通过冷凝器还原成液体,在这个气体液化变相过程中,放出热量,向环境介质放热。冷凝器的入口附近为冷却区,高温的制冷剂蒸汽通过冷凝器金属管和散热板向向周围传递热量,降温冷却,并变成饱和蒸汽。冷凝器出口附近为冷凝区,制冷剂由饱和蒸汽冷凝为饱和液体流入节流阀,变相过程中放出的热量传向环境介质。

4.压缩过程

压缩过程在压缩机中进行,是个升压升温过程。蒸发器流出的低温低压制冷剂蒸汽经过压缩机后,压力提高到与冷凝温度相对应的冷凝压力,再流入冷凝器在常温下被液化。制冷剂蒸汽在压缩过程中温度有所升高。

为了使冷凝器出来的液态制冷剂进一步降温,以便限制节流汽化;为了使进入压缩机的气态制冷剂吸热升温,防止液击,加入回热制冷循环装置。回热制冷过程是通过热交换器来进行的,蒸发器流出的低温气态制冷剂与冷凝器流出的温度较低的液态制冷剂进行热交换,实现液态制冷剂降温、气态制冷剂升温的目的。

在电冰箱制冷系统中,通常将蒸发器出口的低温蒸汽管与冷凝器出口的凝液管用隔热保温材料包扎在一起,进行热交换,实现回热。

电冰箱的控制原理

接通电源,电脑芯片开始工作,变频器主回路直流电压上升,电子温控器将温度信号作为变频器的反馈信号,由于冰箱运行之前箱内温度较高与温度设定值有较大的差值。当变频器主回路直流电压上升到额定值后,电脑芯片经延时向变频器发出启动运行信号,变频器启动运行,输出频率逐渐上升,与此同时,压缩机启动运行,转速逐渐加快。此时冰箱温度与设定的温度有较大差值,变频器输出频率上升到最大值,压缩机高速运行,冰箱处于强制冷状态,冰箱内的温度在较短时间内达到设定值,由于惯性的作用,冰箱内的温度继续下降,低于设定值。变频器输出频率下降,压缩机转速随之下降,制冷量也随之减小,冰箱内的温度上升。当冰箱内的温度和设定温度相等时,变频器的输出频率稳定在此值,压缩机匀速运行,制冷量保持不变,此时冰箱内处于恒温状态,压缩机处于连续低转速运行状态。

当打开冰箱门取存物品或除霜时,冰箱内的温度上升,变频器输出频率上升,压缩机运行转速上升,制冷量增大,使冰箱温度再回到设定温度,冰箱又处于恒温运行状态。

当冰箱环境温度上升时,其散热现象严重,温度也随之上升,则变频器也相应的上升输出频率,压缩机转速上升,制冷量增大,冰箱温度回到设定值,再次处于恒温状态。反之,当冰箱环境温度下降时,经变频调节,冰箱也处于恒温状态运行。

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