太阳能热泵-相变储能材料食物保温蜂巢柜及工作方法
阅读说明：本技术 太阳能热泵-相变储能材料食物保温蜂巢柜及工作方法 (Solar heat pump-phase change energy storage material food heat preservation honeycomb cabinet and working method ) 是由 袁艳平 周锦志 余南阳 张楠 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种太阳能热泵-相变储能材料食物保温蜂巢柜及工作方法,包括光伏遮阳棚、太阳能蓄电池、太阳能逆变系统、蒸发器冷室、冷凝器热室、辅助风冷换热器、压缩机以及电子膨胀阀；光伏模块、太阳能蓄电池与太阳能逆变系统组合或市电输入为热泵系统供电,热泵蒸发器内部的液态冷媒通过沸腾换热吸收蒸发器冷室内部的低温相变模块的热量,使其由液态变为固态储存冷量；热泵冷凝器内部的气态冷媒释放热量到冷凝器热室内的高温相变模块,使其由固态变为液态储存热量,冷室和热室用于存放食物。辅助风冷换热器可作为热泵蒸发器或冷凝器用于调节蒸发器冷室、冷凝器热室内的温度。本发明将光伏、热泵、相变储能模块相结合,可长时间等温储存食物。(The invention provides a solar heat pump-phase change energy storage material food heat preservation honeycomb cabinet and a working method, wherein the solar heat pump-phase change energy storage material food heat preservation honeycomb cabinet comprises a photovoltaic sunshade, a solar storage battery, a solar inversion system, an evaporator cold chamber, a condenser hot chamber, an auxiliary air cooling heat exchanger, a compressor and an electronic expansion valve; the photovoltaic module, the solar storage battery and the solar inversion system are combined or commercial power is input to supply power for the heat pump system, and the liquid refrigerant in the heat pump evaporator absorbs the heat of the low-temperature phase change module in the cold chamber of the evaporator through boiling heat exchange, so that the liquid refrigerant is changed into solid stored cold energy; the gaseous refrigerant in the condenser of the heat pump releases heat to the high-temperature phase change module in the hot chamber of the condenser, so that the gaseous refrigerant is changed from a solid state to a liquid state to store heat, and the cold chamber and the hot chamber are used for storing food. The auxiliary air-cooled heat exchanger can be used as a heat pump evaporator or a condenser for regulating the temperature in a cold chamber of the evaporator and a hot chamber of the condenser. The invention combines the photovoltaic module, the heat pump module and the phase change energy storage module, and can store food isothermally for a long time.)
技术领域
本发明属于太阳能制冷制热技术领域，具体涉及太阳能热泵系统与相变储能技术相结合用于食物储存。
背景技术
随着手机智能化和网络普遍性发展，其多样性的功能大范围的改变了人们的生活方式。外卖点餐具有便捷性、高效选择性等优点，利用手机和网络完成订餐已成为现阶段就餐发展趋势。目前餐饮外卖年增长速度均在10％以上，超过了传统餐饮行业的增速。餐饮外卖市场潜力巨大，因此实现优质的外卖服务工作是行业发展的重要组成部分。
目前外卖配送方式多为人员上门配送，因商家制作能力和配送人员数量限制，用餐高峰期时，食物的制作、配送极易造成滞后；同时，配送人员与客户之间时间不匹配亦易造成时间浪费，因此需提出新方案以解决订餐高峰和时间匹配问题。
发明内容
针对现有送餐方式所具有的问题，本发明提出了一种太阳能热泵-相变储能材料食物保温蜂巢柜。该系统将热泵蒸发器、冷凝器分别与低温相变材料和高温相变材料相结合并融入蜂巢柜中，形成保温冷室和热室，并通过光伏模块提供电力以实现离线运行。蜂巢柜可长时间保持恒定温度，保证食物的质量，可平衡订餐高峰期的商家制作、配送压力；同时，自取方式解决的面对面配送的时间不匹配问题，提升了配送效率。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种太阳能热泵-相变储能材料相变储能材料食物保温蜂巢柜，包括光伏遮阳棚1、太阳能蓄电池25、太阳能逆变系统26、蒸发器冷室4、冷凝器热室12；蒸发器冷室4和冷凝器热室12之间设有压缩机9、辅助风冷换热器10、电子膨胀阀11；
所述光伏遮阳棚1包括光伏模块2和遮阳棚3，光伏模块2平铺于遮阳棚3顶面，光伏模块2与太阳能逆变系统26并联接入太阳能蓄电池25，太阳能蓄电池25分别连接压缩机9和辅助风冷换热器10；
蒸发器冷室4包括最外层的冷室保温层5、最内层的低温储存柜8，冷室保温层5和低温储存柜8之间设置低温相变层6；低温储存柜8为蜂巢状密闭空间；热泵蒸发器7的换热管路穿插于低温相变层6内；
冷凝器热室12由外到内依次为热室保温层13、高温相变层14、高温储存柜16，热泵冷凝器15的换热管路穿插于高温相变层14内；
风冷换热器10的上端口通过管路和阀门分别连通热泵蒸发器7的出口和热泵冷凝器15的进口，而风冷换热器10下端口通过管路和阀门分别连通热泵蒸发器7的进口和热泵冷凝器15的出口，热泵蒸发器7的进口通过管路和阀门连通电子膨胀阀11的出口、热泵蒸发器7的出口通过管路和阀门连通压缩机9的进口，热泵冷凝器15的进口通过管路和阀门连通压缩机9的出口，热泵冷凝器15的出口通过管路和阀门连通电子膨胀阀11的进口。
作为优选方式，所述低温相变层6采用硫酸钠水合盐体系相变材料，按质量百分比计配方为：75.5％Na2SO4·10H2O、3％硼砂、1.25％PAAS、16％NH4Cl、4％KCl、0.25％去离子水，相变温度8℃～10℃。
作为优选方式，高温相变层14采用无机相变材料，按质量百分比计配方为：27％六水氯化钙、23％六水氯化锶、7.5％马来酸酐、6.5％甲酸钠、7.5％氯化钠、3.5％过硫酸钾、25％水，相变温度40℃～45℃。
作为优选方式，热泵蒸发器7的出口经热泵蒸发器出口阀门17连通至压缩机9的进口，辅助风冷换热器10的上端口经辅助风冷换热器-蒸发出口阀门18连接至压缩机9的进口，压缩机9的出口经热泵冷凝器进口阀门22连接至热泵冷凝器15的进口，压缩机9的出口经辅助风冷换热器-冷凝进口阀门21连接至辅助风冷换热器10的上端口，风冷换热器10的下端口依次经辅助风冷换热器-冷凝出口阀门23、电子膨胀阀11、热泵蒸发器进口阀门19连接至热泵蒸发器7的进口，热泵冷凝器15的出口依次经热泵冷凝器出口阀门24、电子膨胀阀11、热泵蒸发器进口阀门19连接至热泵蒸发器7的进口；热泵冷凝器15的出口依次经热泵冷凝器出口阀门24、电子膨胀阀11、辅助风冷换热器-蒸发进口阀门20进入辅助风冷换热器10的下端口。
作为优选方式，市电输入端27与太阳能逆变系统26电连接，为压缩机9和辅助风冷换热器10供电。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种所述蜂巢柜的工作方法，具有三种工作模式：普通模式、环境辅助供热模式、环境辅助散热模式：
如图2所示，普通模式下，热泵蒸发器出口阀门17，热泵蒸发器进口阀门19，热泵冷凝器进口阀门22，热泵冷凝器出口阀门24开启，辅助风冷换热器-蒸发出口阀门18，辅助风冷换热器-蒸发进口阀门20，辅助风冷换热器-冷凝进口阀门21，辅助风冷换热器-冷凝出口阀门23关闭；热泵蒸发器7内部液态冷媒经低温蒸发吸收低温相变层6的热量，液态冷媒相变为气态，而液态低温相变层6放热相变为固态并以潜热形式储存冷量，气态冷媒经过压缩机9升压升温后，在热泵冷凝器15内部冷凝放热，高温相变层14吸收热量后由固态相变为液态以潜热形式储存热能，冷凝后的高温高压液态冷媒经过电子膨胀阀11后等焓变为低压低温两相流流体，进入热泵蒸发器7后继续吸收热量，完成一个热传递循环过程；
如图3所示，当冷室保温层5内部温度达到预设值，而冷凝器热室12未达到预设值时，启动环境辅助供热模式：辅助风冷换热器-蒸发出口阀门18，辅助风冷换热器-蒸发进口阀门20，热泵冷凝器进口阀门22，热泵冷凝器出口阀门24开启，热泵蒸发器出口阀门17，热泵蒸发器进口阀门19，辅助风冷换热器-冷凝进口阀门21，辅助风冷换热器-冷凝出口阀门23关闭；辅助风冷换热器10内部的冷媒蒸发吸收环境空气的热量，经过压缩机9后进入热泵冷凝器15并将热量传递给高温相变层14，液态冷媒再经过电子膨胀阀11后重新进入辅助风冷换热器10，完成热泵将热量从环境空气到高温相变层14的传递；
如图4所示，当冷凝器热室12内部温度达到预设值，而冷室保温层5未达到预设值时，启动环境辅助散热模式：热泵蒸发器7内部液态冷媒经低温蒸发吸收低温相变层6的热量，经过压缩机9后进入辅助风冷换热器10内部，气态冷媒冷凝将热量散于环境空气中，液态冷媒再经过电子膨胀阀11后重新进入热泵蒸发器7，完成热泵将热量从热泵蒸发器7到环境空气的传递。
本实施例的工作原理如下：
光伏模块、太阳能逆变系统将光照转化为直流电能并储存于太阳能蓄电池，亦可将直流电能逆变为交流电为压缩机9与辅助风冷换热器10提供电力。系统将冷室保温层5、低温相变层6、热泵蒸发器7和低温储存柜8组合成蒸发器冷室4，利用热泵蒸发器内的冷媒沸腾吸热使低温相变层6相变为固态，以潜热形式储存冷量并保证蒸发器冷室4的长期恒定低温，用于食物保鲜。同理，系统将热室保温层13、高温相变层14、热泵冷凝器15和高温储存柜16组合成冷凝器热室12。同样以相变潜热形式储存来自于热泵冷凝器15的热量，用以保证冷凝器热室12的长期恒定高温，用于食物保温。保温层用于降低热损，储存柜用于存放低温或高温食物，相变层用于储存来自于热泵的冷量和热量，长期保证储存柜的恒定温度。光伏模块2平铺于遮阳棚3顶面，除了提供电力外，还可起到遮阳、挡雨、防风的作用。系统设置有辅助风冷换热器10，辅助风冷换热器10可充当热泵的蒸发器或冷凝器，灵活调控冷、热室温度。当蒸发器冷室4或冷凝器热室12单方面需调节温度时，可通过控制各换热器进出口的阀门的开闭实现蒸发器冷室4或冷凝器热室12单独控温。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的系统平衡了订餐高峰期的压力，提高了配送交互速率。
2、本发明提供的系统中采用热泵技术同时实现冷室、热室的温度要求，充分利用了系统内部的能量，提升了能量利用率。
3、本发明提供的系统中引入相变储能模块，可及时储存和释放热量，延长食物保存时间
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种太阳能热泵-相变储能材料食物保温蜂巢柜的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的系统正常模式运行示意图；
图3为本发明实施例提供的环境辅助供热运行示意图；
图4为本发明实施例提供的环境辅助散热运行示意图；
图中，1为光伏遮阳棚，2为光伏模块，3为遮阳棚，4为蒸发器冷室，5为冷室保温层，6为低温相变层，7为热泵蒸发器，8为低温储存柜，9为压缩机，10为辅助风冷换热器，11为电子膨胀阀，12为冷凝器热室，13为热室保温层，14为高温相变层，15为热泵冷凝器，16为高温储存柜，17为热泵蒸发器出口阀门，18为辅助风冷换热器-蒸发出口阀门，19为热泵蒸发器进口阀门，20为辅助风冷换热器-蒸发进口阀门，21为辅助风冷换热器-冷凝进口阀门，22为热泵冷凝器进口阀门，23为辅助风冷换热器-冷凝出口阀门，24为热泵冷凝器出口阀门，25为太阳能蓄电池，26为太阳能逆变系统，27为市电输入端。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种太阳能热泵-相变储能材料相变储能材料食物保温蜂巢柜，包括光伏遮阳棚1、太阳能蓄电池25、太阳能逆变系统26、蒸发器冷室4、冷凝器热室12；蒸发器冷室4和冷凝器热室12之间设有压缩机9、辅助风冷换热器10、电子膨胀阀11；
所述光伏遮阳棚1包括光伏模块2和遮阳棚3，光伏模块2平铺于遮阳棚3顶面，光伏模块2与太阳能逆变系统26并联接入太阳能蓄电池25，太阳能蓄电池25分别连接压缩机9和辅助风冷换热器10；
蒸发器冷室4包括最外层的冷室保温层5、最内层的低温储存柜8，冷室保温层5和低温储存柜8之间设置低温相变层6；低温储存柜8为蜂巢状密闭空间；热泵蒸发器7的换热管路穿插于低温相变层6内；
冷凝器热室12由外到内依次为热室保温层13、高温相变层14、高温储存柜16，热泵冷凝器15的换热管路穿插于高温相变层14内；
风冷换热器10的上端口通过管路和阀门分别连通热泵蒸发器7的出口和热泵冷凝器15的进口，而风冷换热器10下端口通过管路和阀门分别连通热泵蒸发器7的进口和热泵冷凝器15的出口，热泵蒸发器7的进口通过管路和阀门连通电子膨胀阀11的出口、热泵蒸发器7的出口通过管路和阀门连通压缩机9的进口，热泵冷凝器15的进口通过管路和阀门连通压缩机9的出口，热泵冷凝器15的出口通过管路和阀门连通电子膨胀阀11的进口。
所述低温相变层6采用硫酸钠水合盐体系相变材料，按质量百分比计配方为：75.5％Na2SO4·10H2O、3％硼砂、1.25％PAAS、16％NH4Cl、4％KCl、0.25％去离子水，相变温度8℃～10℃。
高温相变层14采用无机相变材料，按质量百分比计配方为：27％六水氯化钙、23％六水氯化锶、7.5％马来酸酐、6.5％甲酸钠、7.5％氯化钠、3.5％过硫酸钾、25％水，相变温度40℃～45℃。
热泵蒸发器7的出口经热泵蒸发器出口阀门17连通至压缩机9的进口，辅助风冷换热器10的上端口经辅助风冷换热器-蒸发出口阀门18连接至压缩机9的进口，压缩机9的出口经热泵冷凝器进口阀门22连接至热泵冷凝器15的进口，压缩机9的出口经辅助风冷换热器-冷凝进口阀门21连接至辅助风冷换热器10的上端口，风冷换热器10的下端口依次经辅助风冷换热器-冷凝出口阀门23、电子膨胀阀11、热泵蒸发器进口阀门19连接至热泵蒸发器7的进口，热泵冷凝器15的出口依次经热泵冷凝器出口阀门24、电子膨胀阀11、热泵蒸发器进口阀门19连接至热泵蒸发器7的进口；热泵冷凝器15的出口依次经热泵冷凝器出口阀门24、电子膨胀阀11、辅助风冷换热器-蒸发进口阀门20进入辅助风冷换热器10的下端口。
市电输入端27与太阳能逆变系统26电连接，为压缩机9和辅助风冷换热器10供电。
本实施例还提供一种所述蜂巢柜的工作方法，具有三种工作模式：普通模式、环境辅助供热模式、环境辅助散热模式：
普通模式下，热泵蒸发器出口阀门17，热泵蒸发器进口阀门19，热泵冷凝器进口阀门22，热泵冷凝器出口阀门24开启，辅助风冷换热器-蒸发出口阀门18，辅助风冷换热器-蒸发进口阀门20，辅助风冷换热器-冷凝进口阀门21，辅助风冷换热器-冷凝出口阀门23关闭；热泵蒸发器7内部液态冷媒经低温蒸发吸收低温相变层6的热量，液态冷媒相变为气态，而液态低温相变层6放热相变为固态并以潜热形式储存冷量，气态冷媒经过压缩机9升压升温后，在热泵冷凝器15内部冷凝放热，高温相变层14吸收热量后由固态相变为液态以潜热形式储存热能，冷凝后的高温高压液态冷媒经过电子膨胀阀11后等焓变为低压低温两相流流体，进入热泵蒸发器7后继续吸收热量，完成一个热传递循环过程；
当冷室保温层5内部温度达到预设值，而冷凝器热室12未达到预设值时，启动环境辅助供热模式：辅助风冷换热器-蒸发出口阀门18，辅助风冷换热器-蒸发进口阀门20，热泵冷凝器进口阀门22，热泵冷凝器出口阀门24开启，热泵蒸发器出口阀门17，热泵蒸发器进口阀门19，辅助风冷换热器-冷凝进口阀门21，辅助风冷换热器-冷凝出口阀门23关闭；辅助风冷换热器10内部的冷媒蒸发吸收环境空气的热量，经过压缩机9后进入热泵冷凝器15并将热量传递给高温相变层14，液态冷媒再经过电子膨胀阀11后重新进入辅助风冷换热器10，完成热泵将热量从环境空气到高温相变层14的传递；
当冷凝器热室12内部温度达到预设值，而冷室保温层5未达到预设值时，启动环境辅助散热模式：热泵蒸发器7内部液态冷媒经低温蒸发吸收低温相变层6的热量，经过压缩机9后进入辅助风冷换热器10内部，气态冷媒冷凝将热量散于环境空气中，液态冷媒再经过电子膨胀阀11后重新进入热泵蒸发器7，完成热泵将热量从热泵蒸发器7到环境空气的传递。
本发明的工作原理如下：
光伏模块、太阳能逆变系统将光照转化为直流电能并储存于太阳能蓄电池，亦可将直流电能逆变为交流电为压缩机9与辅助风冷换热器10提供电力。系统将冷室保温层5、低温相变层6、热泵蒸发器7和低温储存柜8组合成蒸发器冷室4，利用热泵蒸发器内的冷媒沸腾吸热使低温相变层6相变为固态，以潜热形式储存冷量并保证蒸发器冷室4的长期恒定低温，用于食物保鲜。同理，系统将热室保温层13、高温相变层14、热泵冷凝器15和高温储存柜16组合成冷凝器热室12。同样以相变潜热形式储存来自于热泵冷凝器15的热量，用以保证冷凝器热室12的长期恒定高温，用于食物保温。光伏模块2平铺于遮阳棚3顶面，除了提供电力外，还可起到遮阳、挡雨、防风的作用。系统设置有辅助风冷换热器10，当蒸发器冷室4或冷凝器热室12单方面需调节温度时，可通过控制各换热器进出口的阀门的开闭实现蒸发器冷室4或冷凝器热室12单独控温。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。