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摘要：普通的直冷冰箱冷藏室内温度波动较大，食品保鲜能力较差，同时压缩机每天24小时频繁启停运行，能耗较高。将相变蓄冷技术应用在谷电蓄冷冰箱当中，不仅有利于电网的“削峰填谷”，而且可以降低冷藏室的温度波动以及压缩机的启停频率，节约能耗的同时延长压缩机的使用寿命。分离式热管（SHP）控温技术，是利用电磁阀来主动控制热管的启停，实现温度的精确控制。因而将相变蓄冷材料以及SHP应用在冰箱中具有很好的应用前景。
关键词：可控分离式热管；蓄冷冰箱；应用
1.冰箱领域中的蓄冷技术
冰箱蓄冷技术主要是采用封装的相变蓄冷材料，将其置于冰箱冷藏室或冷冻室中，当冰箱在制冷运行时进行冷量的储存，在冰箱停止运行时释放冷量，来维持冰箱内的低温。它们的主要创新点在于：在冷冻室内，可以帮助食品快速达到最大冰晶生成带，提高肉制品等低温产品的保鲜能力，同时可以降低冰箱内的温度波动以及压缩机的启停频率，延长压缩机的高效使用周期。尤其在断电时，可以大大降低冰箱内的升温速度，在一定时间内，保证食品的品质。但是在实际应用中也存在一定的问题，比如相变蓄冷材料布置不合理会导致温度分布不均匀、冷藏室内温度不能人为的进行调节以及相变蓄冷材料与冰箱结构匹配的问题等。因此找到合适的相变蓄冷材料以及对冰箱进行精确控温的研究对于冰箱蓄冷技术的推广颇有价值。
2.可控型SHP在蓄冷冰箱中的应用
蓄冷冰箱由压缩机制冷系统以及SHP组成，其中压缩机制冷系统不仅为冷冻室提供冷量，同时将多余的冷量储存在相变材料当中。SHP则利用其冷凝段从冷冻室的相变材料中进行取冷，同时制冷工质在蒸发段给冷藏室提供冷量，实现冷量的转移，并采用温度控制阀来控制冷藏室内的温度波动。
（1）可以使压缩机长时间运行，降低压缩机的启停频率，提高压缩机的有效使用周期，提升冰箱产品的COP，降低能耗。（2）利用分离式热管来控制冰箱冷藏室内的温度波动，可使得其温度波动范围由2.5℃降低至l℃，控温精度的提高可以大大地提升冰箱冷藏室的保鲜性能。（3）可以充分利用谷电蓄冷，使得冰箱在谷电时段长时间稳定运行，为冷冻室供冷并利用相变材料进行蓄冷，在峰电时段则利用相变材料维持冷冻室的低温，同时给冷藏室供冷，不仅可以降低冰箱的使用费用，还能有利于国家电网峰谷差的平衡。
3.可控分离式热管在蓄冷冰箱中的具体应用
可控型分离式热管技术，通过调节分离式热管内部的流动传热循环达到主动控制分离式热管传热量的目的，将分离式热管从被动传热元件升级为能够精确控制传热量的主动控温元件。
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图1 可控型分离式热管的传热控制原理
在可控型分离式热管中，工质的流动循环能够被１个或２个阀门主动控制，当阀门都保持开启状态时，可控型分离式热管蒸发器内的液态工质吸热汽化，气态蒸汽流入冷凝器内放热液化，管内能够形成稳定的两相流动循环；当１个或２个阀门缩小流通面积或直接关闭时，管内稳定的工质流动受到直接影响，则可控型分离式热管的传热将相应降低或直接停止，通过调节阀门的流通面积或反复开关阀门，可以有效的控制可控型分离式热管的传热速率，实现对载荷温度的精确控制。
在此基础上，采用可控型分离式热管的新型蓄冷冰箱。该新型冰箱与传统直冷式冰箱的结构类似，但冷冻室位于冷藏室上部，制冷循环蒸发器只位于冷冻室内并与相变蓄冷材料相结合，可控型分离式热管负责将蓄冷材料中的冷量传输至冷藏室。因此蓄冷冰箱的压缩机能够长时间连续运行为冷冻室和蓄冷材料的凝固储能提供冷量，制冷循环稳定运行在最佳工况下，避免了压缩机频繁启停造成的效率损失，能够显著提高冰箱COP；此外，冰箱冷藏室内的温度由可控型分离式热管调节，能够实现远高于传统直冷式冰箱的控温精度，提高冰箱的食品冷藏保鲜性能。
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图2 新型蓄冷冰箱结构示意图
该新型蓄冷冰箱可同时应用于家用冰箱的谷电蓄冷和太阳能冰箱两个领域，其优势分别说明如下。
应用于谷电蓄冷时，该冰箱的压缩机只在谷电时段稳定运行，为冷冻室供冷的同时也为相变材料的凝固提供冷量；在日间峰电时段压缩机停止工作，完全依靠凝固的相变材料释冷维持冷冻室的低温环境，直到下一个谷电时段的到来。由于可控型分离式热管能够在任意时段精确控制从蓄冷材料输送至冷藏室的冷量，冷藏室实际上实现了独立精确控温，突破了传统家用冰箱控温性能较差的技术瓶颈，实现了降低电冰箱的运行能耗和运行费用的目的，普及后能极大的缩小国家电网的峰谷差，在宏观上为国家节省能源。
谷电蓄冷冰箱应用于光伏领域时只需更换直流变频压缩机，箱体结构无需改变，其工作原理与谷电蓄冷基本一致。在白天太阳辐照强烈时太阳能电池板发电驱动直流变频压缩机持续稳定工作，通过制冷循环为冷冻室和其中的相变材料凝固不断提供冷量，在夜间或白天太阳辐照过低时压缩机停止工作，依靠相变材料为冷冻室和冷藏室提供冷量，通过可控型分离式热管精确控制冷藏室温度。该太阳能蓄冷冰箱完全通过相变材料储存太阳能，不采用蓄电结构，在提高冷藏室控温精度的同时有效地控制成本，能够显著提高太阳能冰箱的太阳能利用效率。
参考文献：
[1]陈楚雄.可控分离式热管在蓄冷冰箱中的应用研究[D].中国科学技术大学，2019.
[2]曹静宇.可控型分离式热管及其在蓄冷冰箱中的应用研究[D].中国科学技术大学，2018.
[3]王梦凯，雷明镜，韦永钰，尹鹏.适用于冰箱冷冻室的复合相变蓄冷材料研究[J].黑龙江科学，2018（12）.
[4]丁淼，程文龙，袁旭东.带蓄冷型蒸发器节能冰箱的分析研究[J].制冷，2016（4）.