相變儲冷技術在食品冷鏈物流中的應用

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文章出處：作者：人氣：-發表時間：2024-03-28 08:35:00

相變儲冷技術利用物質材料在相變過程中能夠吸收或釋放大量熱能的特性，來儲存或釋放冷量。當電力信號處于低谷供應狀態時，相變材料吸收熱量并將其轉化為固態形式，以便于相變蓄熱器對其進行長期存儲；當電力信號處于高峰供應狀態時，相變材料則快速釋放已被存儲的冷量[1]。這種新型技術手段在冷鏈物流運輸中具有極為可觀的發展前景，例如利用集熱儲熱裝備實施對無源冷鏈箱的充冷，以便于長距離運輸的蔬果能夠一直保持冷鮮狀態。基于上述背景，針對相變儲冷技術在食品冷鏈物流中的應用展開研究。

1 相變儲冷技術概述

1.1 技術方法分類

相變儲冷技術是一種特殊的儲能手段。在冷能使用的低峰時段，變電設備對冷能進行存儲，并在冷能使用的高峰時段將其輸出，以達到對能量消耗的平衡處理。現有相變儲冷技術主要包括顯冷儲能技術、潛冷儲能技術、冷化學儲能技術。顯冷儲能技術隨著溫度變化而放出或吸收熱量；潛冷儲能技術就是通過激發冷能潛在能力達到供應能量的目的；冷化學儲能技術主要基于可逆的冷化學反應，物質在化學反應過程中，大量吸收或放出熱量。具體的相變儲冷技術分類情況如圖1所示。

圖1 相變儲冷技術分類

Fig.1 Classification of phase change cold storage technology

不同于其他類型的儲能方法，相變儲冷技術以冷能資源作為存儲對象，因此其所有相變反應只能在低溫環境下進行，這就意味著為保證該項儲能技術的順利實施，無論是進行可逆冷化學反應還是進行冷能激發時，都要確保儲能系統處于低溫環境之中。

1.2 相變儲冷技術內涵

相變儲冷技術的內涵離不開能量的相互轉化。在食品冷鏈物流中，低溫儲能系統提供大量冷能信號，且其溫度水平極低。隨著運輸時間的延長，冷能信號溫度不斷提升，其所存儲能量被釋放出來，一部分用于提供保鮮食品所需冷能，另一部分用于維持物流運輸環境的低溫狀態[2]。

相變儲冷過程中，能量的相互轉化關系參考式(1):

式中，Wmax表示冷能供應效率的最大取值，t表示供冷時長，β表示冷能釋放系數，ΔE表示單位時間內所釋放的冷能信號總量，y表示相變儲冷技術的供冷特性，?表示能量轉化系數。由冷能信號到儲能資源的轉化，意味著能量形式發生了改變，此行為過程必然使低溫儲能系統中的實時儲能量發生改變，因此相變儲冷技術的實施，必然伴隨著能源信號存儲量的改變。

1.3 低溫儲能系統

低溫儲能系統是基于相變儲冷技術的儲能系統，所設計的儲能結構，可以提供食品冷鏈物流所需的能量資源，并可以將外界能量收集起來，并轉化為低溫儲能信號。液冷管的溫度較低，負責對低溫儲能系統所收集的外界能量進行低溫轉化。導熱硅膠墊片具有一定的隔熱能力，可將液冷管與外界環境隔絕開來，以避免因溫度改變，而造成儲能資源的損失[3]。電芯的電力感應能力較強，可將存儲起來的冷能信號，以電能資源的形式供給食品冷鏈物流使用。

低溫儲能系統主要功能設備的結構模型如圖2所示。

圖2 低溫儲能系統主要功能設備的結構模型

Fig.2 Structural model of the main functional equipment of the low-temperature energy storage system

在相變儲冷技術的作用下，低溫儲能系統可以源源不斷地將外界能量轉化為冷能存儲信號，所以利用該項技術對食品冷鏈物流進行供能，不會出現供能中斷的情況。

2 相變儲冷技術在食品冷鏈物流中的應用

2.1 提高儲能效率

選擇合理相變材料是相變儲冷技術的應用核心，其性能與質量水平都會對儲能效率產生嚴重影響。在食品冷鏈物流中，要選擇優質的相變材料，來保證相變溫度的穩定性，從而在大量存儲冷能資源的同時，確保低溫儲能系統可對物流體系提供穩定的能量供應[4]。要提高相變儲冷技術的能量轉化效率，可在相變材料、換熱器等多個方面進行優化，具體實施方法如表1所示。