太阳能光伏直流蓄冷冰箱系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种太阳能冰箱，特别涉及一种基于直流变频压缩机以及相变蓄冷的太阳能光伏冰箱系统。系统主要由太阳能光伏发电系统和冰箱制冷系统两部分组成。太阳能光伏发电系统由光伏电池板、控制器、蓄电池构成；冰箱的制冷系统主要包括压缩机、冷凝器、节流装置、冷冻室／冷藏室蒸发器以及与之并联的蓄冷器蒸发器。采用热管作为蓄冷器和冰箱空间的热量传输装置。蓄冷器在电能充足时储冷，电能不足时放冷。蓄电池则实现蓄冷器冷量释放完毕光伏电池板发电仍然不足时的供电。此外，光伏发电系统的蓄电池和控制器与冰箱一体设置，外形结构更为美观实用。本系统可完全不消耗电网电能，对于节约电能和可再生能源的有效利用具有非常深远的研究意义。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种太阳能冰箱，特别涉及一种基于直流变频压缩机以及相变蓄 冷的太阳能光伏冰箱系统，属于光伏制冷领域。
技术介绍
太阳能是利用最为广泛的清洁可再生能源，太阳能制冷技术具有良好的季节匹配 性，即夏季太阳辐射较强，相应的制冷需求也最大，而冬季太阳能辐射相对较弱，此时制冷 需求也较小，基于这一特点，太阳能制冷技术得到了越来越多的重视和研究。太阳能光伏制冷技术相对于太阳能吸收式、太阳能半导体制冷技术而言，具有制 冷效果较好、能量利用率较高，自身损失低等优点。随着光伏电池产业的蓬勃发展以及光电 转换效率的不断提高，太阳能光伏制冷技术显示出了强劲的发展势头。将直流变频技术和高效相变潜热蓄冷技术应用于太阳能光伏冰箱系统，能够更大 程度的延长冰箱的使用寿命、提高能源利用效率。现今的研究大多集中在太阳能光伏电池 驱动的交流变频冰箱或者常规的家用冰箱上，目前市场上还没有太阳能光伏直流蓄冷冰箱 的产品出现，国内外相关的研究也不多见。南京大学的方贵银等人专利技术了一种太阳能光伏 蓄能冰箱系统，并于2009年申请了中国专利，专利公开号为CN 101441014A。此专利技术设计 的系统主要由太阳能光伏发电系统和电冰箱制冷循环系统两部分组成。太阳能光伏发电 系统由太阳能供电电池方阵、防反充二极管、控制器、蓄电池组和直流-交流逆变器组成。 电冰箱制冷循环系统由压缩机、冷凝器、电磁阀、节流装置、冷冻室蒸发器、冷冻室蓄冷器、 冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器组成。该专利技术设计的冰箱需要逆变装置，降低了系统的能量 利用效率。ALBIFZ，Robert, Charles等人于1999年专利技术了一种太阳能冰箱，专利号为WO 99/63415。该系统利用一个开关控制一个或多个压缩机的电流，每个变速压缩机与独立的 制冷剂循环回路相连。Chengjim Julian Chen专利技术了一种太阳能光伏冰箱系统，并申请了 美国专利，专利号为US 7，543，455B1。系统利用太阳能电池驱动直流变频压缩机运行，冰箱 工作腔放置有储能容器，其中的蓄冷材料为丙三醇、酒精以及水的混合工质，冷冻室的温度 保持在-10°C -20°C，冷藏室为+2°C +7°C，在太阳不够充足的时间，蓄冷材料蓄存的能 量能够保证系统正常运行一天以上。专利技术者采用泵循环的方式传递蓄冷器的冷量，一方面 增加了系统结构的复杂性，另一方面，泵循环需要消耗额外的电能，采用充电电池驱动，不 能实现真正意义上的离电网运行。
技术实现思路
本技术的目的在于克服了现有太阳能光伏冰箱系统的上述缺陷，提供了一种 完全不消耗外部能量的新型太阳能光伏直流蓄冷冰箱系统，该系统从结构上对冰箱系统进 行了改进，将太阳能光伏电池、蓄电池、蓄冷器三者配合使用，能够有效的保证冰箱的连续 运行，并且完全不消耗电网电能，对于节约电能和可再生能源的有效利用具有非常深远的 研究意义。为了实现上述目的，本技术采取了如下技术方案。太阳能光伏直流蓄冷冰箱 系统包括太阳能光伏发电系统和冰箱制冷系统两部分，所述的太阳能光伏发电系统包括太 阳能光伏电池板、控制器和蓄电池，太阳能光伏电池板与控制器相连，控制器与蓄电池连接。所述的冰箱制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流装置、冷冻室蒸发器、冷冻室蓄冷 器蒸发器、冷藏室蒸发器、冷藏室蓄冷器蒸发器以及热管。所述压缩机分别与控制器、冷凝 器、冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器蒸发器相连，冷凝器还通过节流装置分别与冷冻室蒸发 器、冷冻室蓄冷器蒸发器相连接，冷冻室蒸发器和冷冻室蓄冷器蒸发器并联连接，然后又与 同样并联连接的冷藏室蒸发器和冷藏室蓄冷器蒸发器串联连接；所述热管包括用于冷冻室蓄冷器和冷冻室之间热量传输的冷冻室热管、以及用于 冷藏室蓄冷器和冷藏室之间热量传输的冷藏室热管；冷冻室热管的两端分别置于冷冻室蓄 冷器和冷冻室之间，冷藏室热管的两端分别置于冷藏室蓄冷器和冷藏室之间；所述太阳能光伏发电系统中的控制器和蓄电池与冰箱一体设置，冰箱上部放置冰 箱制冷系统、冷冻室以及冷藏室，冰箱下部有一箱体，用于放置控制器和蓄电池。在冰箱的底部设置有滚动滑轮和对滚动滑轮进行固定的固定装置。所述冷冻室热管蒸发端置于冷冻室蓄冷器中，冷凝端置于冷冻室中；所述冷藏室 热管蒸发端置于冷藏室蓄冷器中，冷凝端置于冷藏室中；冷冻室热管和冷藏室热管的蒸发 端和冷凝端都设置有用于强化传热效果的翅片。冷冻室热管至少有2/3的部分与冷冻室内 部的空气接触，冷藏室热管至少有2/3的部分与冷冻室内部的空气接触。冷藏室热管和冷 冻室热管的竖直部分分别敷设在与冷藏室和冷冻室相对应的冰箱后壁板内侧预先设置的 凹槽中。冷冻室蓄冷器中采用相变温度为-24 -12°C的蓄冷材料；冷藏室蓄冷器中采用 相变温度为0 5°C的蓄冷材料。所述的冷冻室热管和冷藏室热管均为重力热管或有芯热管。冷冻室蓄冷器和冷冻室之间、冷藏室蓄冷器和冷藏室之间都设置有由保温材料制 成的隔板。所述冷藏室热管选用乙烷或丙酮或乙醇或甲苯作为工质，乙烷选用的壳体材料为 黄铜或不锈钢，丙酮选用的壳体材料为铝或铜或不锈钢，乙醇选用的壳体材料为铜或不锈 钢，甲苯选用的壳体材料为低碳钢或不锈钢或低合金钢；；所述冷冻室热管选用氨或氟利昂 类物质作为工质，氨选用的壳体材料为铝或不锈钢或低碳钢；氟利昂选用的壳体材料为铝。所述蓄电池为铅酸蓄电池或硅胶蓄电池或镉镍蓄电池。所述光伏电池为单晶硅或多晶硅或非晶硅材料。本技术中的压缩机采用直流变频压缩机，能够直接利用太阳能电池发出的直 流电，无需使用逆变装置，降低了系统的能量损失，能量利用率得到大幅度提高。在太阳能 光伏发电系统中，采用蓄电池来储存白天多余的太阳能转化而成的电能，以供夜晚或阴雨 天使用；在冰箱制冷系统中，采用蓄冷器中的蓄冷材料来储存冷量，在电能充足时，作为冰 箱负载储存冷量，以供系统缺电时使用，通过相变蓄冷材料释放冷量来维持冰箱内的温度。 冰箱内蓄冷材料释放的冷量通过热管实现蓄冷器和冰箱空间热量的传导，维持在缺电情况 下冰箱内部温度的稳定性和均勻性。直流变频压缩机和相变蓄冷技术的引进，能够有效减少压缩机的启停次数，延长压缩机的使用寿命。整个系统完全不耗费电网电能，完全可替代常规冰箱使用。太阳能光伏发电系统的蓄电池和控制器与冰箱一体设置，上部为制冷系统以及冷 冻室冷藏室，下部留有适当空间，将蓄电池、控制器置于其中，整个壳体采用相同的外部设 计，克服了之前将冰箱和光伏发电设备分开安装而导致的连线杂乱以及外观不够精致等问 题，能够更好的满足家用需求。由于蓄电池重量较大，不利于冰箱的搬运等，因此，在冰箱底 座设计有滑轮和固定装置。当使用者需要移动冰箱时，将固定控制打开，由滑轮带动箱体移 动；当需要稳定放置时，将固定控制摁下，滑轮即被固定，冰箱不能被推动。本技术设计的太阳能光伏蓄冷冰箱系统，与常规冰箱以及光伏直流冰箱系统 相比，具有显著的优点(1)太阳能为系统的唯一动力源，太阳能的获得与冰箱冷负荷在季节上高度匹配， 如夏季光照较强、太阳能充沛，冰箱耗能也最多；冬季太阳能较弱，此时冰箱的耗能也较少， 这样可以有效缓解电力紧张问题，特别适用于边远山区以及游牧民族地区；(2)系统充分利用了可再生能源，减少了矿物能源消耗，具有节能、环保、安全等特 点，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能光伏直流蓄冷冰箱系统，其特征在于：包括太阳能光伏发电系统（Ⅰ）和冰箱制冷系统（Ⅱ）两部分，所述的太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏电池板（１）、控制器（２）和蓄电池（３），太阳能光伏电池板（１）与控制器（２）相连，控制器（２）与蓄电池（３）连接；所述的冰箱制冷系统包括压缩机（５）、冷凝器（６）、节流装置（７）、冷冻室蒸发器（８）、冷冻室蓄冷器蒸发器（９）、冷藏室蒸发器（１０）、冷藏室蓄冷器蒸发器（１１）以及热管２２；所述压缩机（５）分别与控制器（２）、冷凝器（６）、冷藏室蒸发器（１０）和冷藏室蓄冷器蒸发器（１１）相连，冷凝器（６）还通过节流装置（７）分别与冷冻室蒸发器（８）、冷冻室蓄冷器蒸发器（９）相连接，冷冻室蒸发器（８）和冷冻室蓄冷器蒸发器（９）并联连接，然后又与同样并联连接的冷藏室蒸发器（１０）和冷藏室蓄冷器蒸发器（１１）串联连接；所述热管包括用于冷冻室蓄冷器（１２）和冷冻室（１３）之间热量传输的冷冻室热管、以及用于冷藏室蓄冷器（１４）和冷藏室（１５）之间热量传输的冷藏室热管；冷冻室热管的两端分别置于冷冻室蓄冷器（１２）和冷冻室（１３）之间，冷藏室热管的两端分别置于冷藏室蓄冷器（１４）和冷藏室（１５）之间；所述太阳能光伏发电系统（Ⅰ）中的控制器（２）和蓄电池（３）与冰箱一体设置，冰箱上部放置冰箱制冷系统（Ⅱ）、冷冻室（１３）以及冷藏室（１５），冰箱下部有一箱体，用于放置控制器（２）和蓄电池（３）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张照照，刘忠宝，杨双，刘挺，
申请(专利权)人：北京工业大学，北京建筑工程学院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]