高效自然冷能儲藏庫的製作方法
2023-05-25 21:16:36
專利名稱：高效自然冷能儲藏庫的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高效利用自然冷能進行蔬菜、水果儲存保鮮，進行房屋溫度調節的裝置及其應用。
背景技術：
我們生活的自然環境中到處存在著溫差冬夏季節溫差，晝夜溫差，氣地溫差，地表與地下溫差等。有溫差，就有熱量傳遞與交換，就有熱能的產生。但這些溫差較小，一般難以進行能——功轉換，或即使能夠轉換，但經濟上不合算。為了與傳統的高溫熱能有所區別，我們把這種自然存在的低溫差低溫熱能稱作「自然冷能」(Natural Cool Energy)。其科學定義是常溫環境中，自然存在的低溫差低溫熱能，簡稱「冷能」。自然冷能利用是將寒冷地區氣候這種冷能作為一次冷源直接利用，或通過人為的辦法使之聚集儲存起來作為二次冷源利用。
相變熱是指單位體積土中由於水的相變改變所放出或吸收的熱量，熱容是指單位體積的土體溫度改變1℃所需要的熱量。因此，通過對比單位質量水的比熱4.18kJ/kg·K，相變熱334.56kJ/kg。可以看到兩者基本相差80倍。因此，水作為一種廉價的蓄能體在冷能利用方面得到積極應用。
張津生等在《世界科技研究與發展》1999年第1期，「21世紀潛在的綠色能源-自然冷能」一文中提出，冷熱感覺都是相對的，無論氣溫高低，溫差的存在就意味著能量。由於大自然維持環境溫度的能力為無限大，而溫差又無處不在，所以該能量的數量也為無限大，是一種潛在的巨量低品位能源。我國大部處於大陸性氣候區，氣溫的晝夜變化與季節變化都很大，比起低平原海洋氣候區，自然冷能潛力要大得多。利用成本相對較低，與風能、太陽能一樣具有經濟價值，利用過程也不會產生環境汙染。
隨著人們認識程度的不斷提高，冷能的利用也日趨廣泛。我國商周時代即有冬季儲冰夏季取用的冷能利用先例。早期美國阿拉斯加的輸油管線、以及近期我國的青藏鐵路在穿越多年凍土區，通過熱樁、熱管等工程措施的採用，使得冬季的冷能不斷存儲在工程基礎下部的多年凍土中，使得多年凍土的溫度有所下降並長期維持穩定，由此大大增強了工程的穩定性。1986年，經過約十年的試驗研究，日本建成了世界上第一座熱管換熱式，以自然冷能製冷的冷藏庫。在我國，原中國科學院冰川凍土研究所(現中科院寒區旱區環境與工程研究所)的科研人員於1990年在我國西部甘肅省張掖地區建成了熱管形式的室內冰室冷藏庫，用於貯藏蔬菜、水果等農作物。隨後，熱管形式的室內冰室冷藏庫在我國河北、山東、新疆等地區逐步得到應用。除熱管換熱形式之外，通過自然對流(強迫對流)利用冷能也曾不斷地受到重視(簡稱自然冷能製冰法)。張津生在上文同時指出，在應用實踐中，自然冷能製冰法可以節電90％，如果採用熱管降溫凍結，則不必耗用電力，節電100％。
需要注意的是在目前利用自然冷能的冷庫，在使用熱管的模式中，由於其管體結構形狀及結構組合形式等其他因素均易影響熱管的效率，且由於這種熱管式自然冷能冷藏庫造價高等因素，對其推廣應用產生了不利影響。在通過對流方式利用冷能方面，由於蓄能體換熱能力的限制，其對外界環境氣溫的變化有較高的要求。同時，兩種方式的蓄能體均以水作為介質、以水池作為結構特徵進行蓄能，由此產生的問題是第一，由於水在相變時將發生9％的體積膨脹，不僅對蓄能體外殼的穩定性造成很大威脅，而且會由此增加工程造價；第二，由於蓄能體的散熱面有限，在冷能的儲存能力方面受到很大的限制；第三，由於水的相變溫度的限制，冷庫的調控溫度受到很大的限制，調控溫度多為0～15℃。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本著利用自然冷能，積極推動這項環保技術在我國的應用和發展，本實用新型的目的在於提出一種高效、環保、低投入、應用面廣、充分利用自然冷能資源的自然冷能儲藏庫。其利用自然冷能對不同建築物內部空氣溫度的調節，達到儲藏或調節室內溫度的目的，其本質在於通過蓄能體這一形式，儲存自然界不同季節具有不同溫度特徵的能量，在其它季節再將這種能量與需要調節溫度的物體進行熱量交換，達到調溫的目的。
本實用新型針對冷能利用中的關鍵問題，從國情出發，提出了一種充分利用冷能的新型結構特徵和技術，該技術在較短時間內快速完成寒冷季節最低溫度時段冷能的儲存，同時根據調節溫度的需要，通過對蓄能介質的調節，達到在一個較現有調溫幅度更大，調節溫度更為精確技術。通過其應用不僅可以節約投資成本、高效利用自然冷能，而且對這項環保、節能、新技術的廣泛應用起到積極的推動作用。
本實用新型的目的可通過如下措施來實現本實用新型充分考慮水在0℃相變時的體變特徵以及對流換熱面積對蓄冷效率重要影響，提出了一種高效自然冷能儲藏庫。這種自然冷能儲藏庫是由藏冰室與調溫室組成。藏冰室與調溫室四周敷有保溫材料。藏冰室內放置複合蓄能體，複合蓄能體是由蓄能單元的容器組合而成，組合方式為有序搭建，或為堆積而成，每個蓄能單元的容器為密閉容器，並在其中裝有蓄能介質，藏冰室與外界、藏冰室與調溫間由管道通風換熱系統相連，通風管通風換熱系統由電風扇驅動，電風扇由溫度探頭感應的溫度是通過控制線路由控制開關控制。
上述的蓄能單元容器為塑料、金屬、陶瓷中的一種，外形為圓柱體，或長方體，或橢圓體。
上述的蓄能單元容器中充裝一定數量的蓄能介質，介質可以為水，也可以鹽水。鹽水為1-20％濃度的可溶解性鹽溶液。
上述的保溫材料為聚苯乙烯(EPS)、聚氨脂(PU)、泡沫玻璃、注塑聚苯乙烯(XPS)中的一種。
通過藏冰室與外界、藏冰室與調溫室對流換熱過程的有效控制，可以實現冷能的快速儲藏與室溫調節的目的。
複合蓄能體其工作原理為複合蓄能體在蓄能與調溫的過程中，蓄能體與周圍空氣的換熱能力是影響其儲存能力和調溫過程的重要因素。而這種能力與蓄能體的比表面積(體積與面積的比值)，即換熱面積密切相關。本實用新型提出的複合蓄能體，由於期間存在的大量、有效的空氣流動通道，可以快速實現蓄能體與周圍空氣的熱量交換過程。由此，可以大大縮短蓄冷和調溫的時間，這不僅可以將冬季、和夏季最為有效的能量加以存儲，而且，可以降低運行成本。
同時，蓄能體能夠大量儲存能量的特點在於其蓄能介質的相變特徵。現有技術主要利用水0℃的相變存儲冷能，因此其調節溫度只能高於0℃。但是，不同種類、濃度的鹽水中，由於金屬離子對氧粒子吸附作用的影響，對其溶液的凍結溫度產生影響，凍結溫度可以更低。本實用新型正是利用鹽水的這種特點，提出利用不同的種類、和濃度的鹽水作為蓄能介質，達到更低溫度的調溫。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點
1、高效、快速的蓄冷與調溫。由於複合蓄能體內部、每個蓄能體單元之間大量有效空隙的存在，使得對流換熱面積和複合蓄能體的換熱能力大為增強，其次藏冰室與外界、藏冰室與調溫間由通風系統相連，實現蓄能體的快速蓄能與調溫作用，由此可以將不同季節最為有效的能量加以儲存利用。同時由於換熱過程的縮短，由此降低了運營成本；2、調溫能力大為增強。由於使用不同的蓄能介質，可以實現更低溫度的調節，由此實現以往技術不能進行冷凍儲藏的難題。由於水的熱容量高於冰的熱容量，由此還可以增加蓄能體的蓄能能力；3、建設成本大為降低。由於水在0℃相變時伴隨的9％的體積膨脹，會對容器產生巨大的膨脹力，在以往自然冷庫建設中，其中很大一部分資金用於高強度水池的建設，由此防止水在相變過程中由於體變對水池產生的破壞作用。同時，由於水池牆厚的增加，降低了水池的換熱能力，增加了換熱時間。而本實用新型複合蓄能體中的每個蓄能單元，其容器基本為常見飲料、液體容器，以現有吹塑飲料瓶為例，每個成本僅為幾分錢。建設相同體積蓄能體的成本僅為現有技術約5％不到。而且成形速度快，建設周期大為縮減和簡化；4、運營穩定性大為提高。由於容器不大、力學穩定性高、且具一定的伸縮性，由此消除液體凍結產生的破壞作用。同時，由於壁面的厚度很薄，每個單元的其換熱能力也遠高於水池。因此，在運營期間不存在維護的問題，運營穩定性由此大為提高；5、應用區域得以擴展。由於蓄冷能力的提高、時間的縮短，在一些冬季時間短、冬季平均溫度較高，現有技術難以將冷能及時有效儲存的地區，該技術因其高效蓄冷的特點可以加以應用。
圖1為本實用新型蓄能體單元容器示意圖圖2為本實用新型複合蓄能體的結構示意圖圖3為本實用新型藏冰室結構示意圖圖4為本實用新型藏冰室與調溫室間通風系統示意圖具體實施方式
下面，本實用新型將結合附圖再對實施例作進一步說明
實施例1如圖1、2、3所示，一種高效自然冷能儲藏庫，其藏冰室4和調溫室5為四周敷有聚苯乙烯的保溫房間。藏冰室4內蓄能體單元1有序放置在貨架上，蓄能體單元1為密閉、內裝水的塑料瓶。在進入冬季後，由於煙囪效應的作用，藏冰室4內部的空氣自動與外界進行對流換熱過程。在最冷季節還可以通過強制通風，加速最冷能量的快速存儲，如圖3中箭頭所示。
在進入暖季在調溫過程中，通過圖4所示藏冰室4與調溫室5的通風連接通道，在電風扇6的驅動下，通過兩者之間的熱量交換就可以對調溫室的溫度進行控制。
在本實施例中蓄能單元1的蓄能介質2為水，其調節溫度範圍為0-15℃，調溫精度可以達到±1℃。在外界環境、藏冰室4和調溫室5都裝有溫度感應探頭7，當環境溫度低於藏冰室4的溫度、或調溫室需要調溫時，打開相應電風扇6的控制開關9進行熱量交換，就可以達到蓄冷能或調溫的目的。(參見圖4)。
實施例2蓄能體3的蓄能單元1為飲料罐，並有序的搭建在藏冰室4內。蓄能體3中蓄能單元1的蓄能介質2為濃度為5％的氯化鈉鹽水。藏冰室4與調溫室5間由管道式通風管通風系統相連，通風管通風換熱系統由電風扇6驅動，電風扇6由溫度探頭7感應溫度，由控制開關9控制線路8中的電風扇6，由此可以實現調節溫度範圍為-5-10℃的冷庫調溫，最終達到冷藏的目的。
權利要求1.一種高效自然冷能儲藏庫，是由藏冰室(4)與調溫室(5)組成，其特徵是藏冰室(4)與調溫室(5)四周敷有保溫材料，藏冰室(4)室內放置複合蓄能體(3)，複合蓄能體(3)是由蓄能單元容器(1)組合而成，組合方式為有序搭建，或為堆積而成；每個蓄能單元的容器為密閉容器，並充裝一定數量的蓄能介質(2)；藏冰室(4)與外界、藏冰室(4)與調溫室(5)間由通風管通風換熱系統相連，通風管通風換熱系統由電風扇(6)驅動，電風扇(6)由溫度探頭(7)感應溫度是通過控制線路(8)由控制開關(9)控制。
2.如權利要求1所述的一種高效自然冷能儲藏庫，其特徵是所述的蓄能單元容器(1)為塑料、金屬、陶瓷中的一種，外形為圓柱體，或長方體，或橢圓體。
3.如權利要求1所述的一種高效自然冷能儲藏庫，其特徵是所述的蓄能介質(2)可以為水，也可以為鹽水，鹽水是濃度為1-20％可溶解性鹽溶液。
4.如權利要求1所述的一種高效自然冷能儲藏庫，其特徵是所述的保溫材料是為聚苯乙烯、聚氨脂、泡沫玻璃、注塑聚苯乙烯中的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種高效利用自然冷能進行室溫調節、物體儲藏保鮮的冷庫。其主要由藏冰室、調溫室組成。藏冰室內放置複合蓄能體，複合蓄能體是由蓄能單元的容器組合而成，組合方式為有序搭建，或為堆積而成，每個蓄能單元的容器為密閉容器，容器內裝蓄能介質。藏冰室與外界、藏冰室與調溫間由管道通風系統相連，通風系統由電風扇進行驅動，電風扇由控制開關控制。本實用新型具有投資、運營成本低廉、建設周期短、應用面廣等諸多優點。在建設「資源節約型」社會，充分利用自然冷能為民造福，其對於環境保護、促進社會經濟都具有十分重要意義。
文檔編號F25C1/02GK2886465SQ20062007866
公開日2007年4月4日 申請日期2006年3月21日 優先權日2006年3月21日
發明者俞祁浩 申請人:俞祁浩