【摘 要】
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世界人口和经济的持续增长,伴随着人民生活水平的提高以及现代化的迅速发展,再加上快速的城市化进程,导致了能源需求的巨大增长,电力的消耗也与日俱增。冰箱作为需要24小时连续运行的家用电器,已经成为能耗最高的家用电器之一。冰箱的冷藏室可以为食物提供一个适合的存储温度,使食物能够长时间的保鲜,但是对于需要精确控温的食物来说,冷藏室的温度并不能满足要求。冰箱恒温保鲜室的出现,使食物能够在不结冰的状态下保持新
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世界人口和经济的持续增长,伴随着人民生活水平的提高以及现代化的迅速发展,再加上快速的城市化进程,导致了能源需求的巨大增长,电力的消耗也与日俱增。冰箱作为需要24小时连续运行的家用电器,已经成为能耗最高的家用电器之一。冰箱的冷藏室可以为食物提供一个适合的存储温度,使食物能够长时间的保鲜,但是对于需要精确控温的食物来说,冷藏室的温度并不能满足要求。冰箱恒温保鲜室的出现,使食物能够在不结冰的状态下保持新鲜,在不破坏自身营养结构的状态下能够最大限度的维持食物的营养。冰箱恒温保鲜室的温度一般在0℃左右。尽管现有的冰箱保鲜技术已经非常的先进,但是还是会出现冰箱恒温室内部温度分布不均匀,温度升温过快的情况,而相变材料的应用可以有效改善温度分布、延长保温和节约能源。本文首先采用两种不同的方法制备出温度在0℃左右的有机复合相变材料,并用傅立叶红外变换光谱仪、扫描电镜、热导率测试仪和热重分析仪等仪器对已制备的相变材料进行化学性能、微观结构和热力学性能进行分析。然后选择性能合适的一组相变材料将其应用到冰箱恒温室中。采用数值模拟的方法将相变材料的应用到冰箱恒温室中,研究冰箱压缩机停机和断电情况下延长冰箱内部保温时间,改善内部温度波动和节能。通过多孔介质吸附法制备了以正癸醇-月桂醇二元共晶脂肪醇,膨胀石墨作为支撑材料,纳米碳化硅作为导热增强粒子对其导热系数进行改性。通过泄露实验表明,膨胀石墨具有十分良好的吸附性,最大吸附率可以达到92%。以质量占比为8%的膨胀石墨作为吸附材料研究添加3%、5%、7%和9%的碳化硅复合相变材料。傅立叶红外变换和扫描电镜测试对复合相变材料的化学结构和形态表征。结果表明碳化硅成功地吸附在膨胀石墨的表面和孔隙中,正癸醇-月桂醇相变材料、碳化硅和膨胀石墨仅是物理结合,没有发生化学反应。通过DSC、TGA以及热导率仪器对其热性能进行了表征。分析结果表明,质量占比3wt%碳化硅的正癸醇/月桂醇/膨胀石墨-碳化硅（3%）的熔化和凝固温度分别为-0.85℃和1.08℃,熔化和凝固潜热分别为85.62j/g和74.94j/g,其导热系数为1.31W/m·K,是正癸醇-月桂醇/膨胀石墨的1.21倍,具有良好的热稳定性和热力学性能。通过溶液共混法法制备了以正癸醇-正癸酸二元共晶相变材料,膨胀石墨作为支撑材料,氮化硼作为导热增强粒子对其导热系数进行改性。傅立叶红外变换和扫描电镜测试结果表明氮化硼很好地吸附在膨胀石墨的表面和孔隙中,各材料之间均为物理结合,没有产生化学反应。通过DSC、TGA以及热导率仪器对其热力学性能进行了表征。分析结果表明,质量占比3wt%氮化硼的SPCM-3的熔化和凝固温度分别为-3.68℃和-3.92℃,熔化和凝固潜热分别为129.2j/g和128.2j/g,其导热系数为0.75 W/m·K,是正癸醇-正癸酸/膨胀石墨的4.4倍,具有良好的热力学性能和可靠性。采用数值模拟的方法将制备的复合相变材料应用到三门冰箱中间恒温室中。以4℃为恒温室温度上限,在冰箱压缩机停机或者断电期间,采用制备的正癸醇/月桂醇/膨胀石墨-碳化硅（7%）作为相变材料,对于两边和四边布置蓄冷板的聚氨酯保温材料（PU2和PU4）的两种布置方式,恒温室内部保温时间都随着相变材料蓄冷板厚度的增加而增大。厚度为10mm的相变材料蓄冷板PU4和PU2的保温时间分别为14.89和4.64h,保温时间是没有添加相变材料的37和11.5倍。两边和四边布置的相变材料蓄冷板的冷却效率都随着蓄冷板的厚度的增加而增大,当厚度为10mm时,PU4的冷却效率为0.77,是PU2的两倍。PU2的冷却效率随着蓄冷板的厚度增加其增加幅度较小。采用PU版、真空隔热板（VIP）以及PU+VIP组合的三种不同的冰箱保温材料,研究不同保温材料情况下相变材料蓄冷板对恒温室温度的变化,研究发现采用低导热系数的VIP保温材料使保温时间可以大幅延长。将VIP保温材料加入到PU保温材料中得到一种新型复合保温材料,其保温时间是PU的4倍,且具有更高的液体百分数。相变材料与保温材料在冰箱恒温室中的应用策略可以为实现冰箱食品保鲜和断电情况下冰箱内部保持低温提供一定的指导价值。
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