蓄冷剂在便携式保温箱中的应用与试验研究

李嘉辰

(合肥市第三中学 230001)

蓄冷剂在便携式保温箱中的应用与试验研究

李嘉辰

(合肥市第三中学 230001)

本文研究了蓄冷剂相变温度、蓄冷剂用量、环境温度、环境湿度与便携式保温箱温升时间之间的关系。通过优化组合，使得便携式保温箱的性能达到最佳值，保持蓄冷时间长，以满足不同消费者在日常生活中的使用需求。

蓄冷剂；相变温度；便携式保温箱；试验

1 、前言

在我们的日常生活中，从商超购买速冻食品（诸如速冻水饺、速冻羊肉卷、冰激凌、雪糕等）面临的最大问题是担心从商超到回家的途中食品由于温度的升高而解冻，特别是在炎热的夏天。如何将速冻食品从商超完好无损的带回家，对众多消费者来说无疑是一个大难题；另一方面，对有车一族而言，在炎热的夏天长距离行车过程中能随口喝到冰镇饮料，也是一种奢求；还有我们在短时间外出（诸如游玩、野炊、体育运动等）时，都想能带上几瓶冰镇饮料，也迫切希望冰镇饮料能够较长时间保持冰镇状态。等等诸如以上的需求，若能有一台轻便的带有蓄冷功能的便携式保温箱，基本上就能够解决我们上述日常生活的需求。

图1 便携式保温箱示意图

带有蓄冷功能的便携式保温箱，其保温功能主要依托蓄冷剂来实现[1]。蓄冷剂的种类、用量、性能参数直接决定着便携式保温箱蓄冷时间的长短 。为了最大限度的提升便携式保温箱的蓄冷能力，本文采用试验的方法系统地研究了应用蓄冷剂的便携式保温箱中蓄冷剂种类（不同的相变温度）、蓄冷剂用量、环境温度、环境湿度与便携式保温箱温升时间之间的关系，以寻找便携式保温箱的最佳保温性能。

2 、试验

2.1 试验样品与条件

2.1.1 便携式保温箱：2台（编号：样品1、样品2），本试验用的便携式保温箱由盒盖、把手、箱体三部分组成，其中盒盖、箱体均为中空结构，中空结构内填充蓄冷剂，如图1所示。

2.1.2 蓄冷剂：若干，试验过程中还需要低温冷冻柜、测温仪、温湿度计、计时器和能够控制环境温度和湿度的房间等。

2.1.3 试验环境：环境温度35℃±2℃、环境湿度50%±2%，且温度和湿度可调。

2.2 试验方案

取2台便携式保温箱（编号：样品1、样品2）置于规定的环境温度与湿度的房间里且房间的温度与湿度可调，首先将便携式保温箱内温度降至20±0.5℃，然后根据策划的方案分别进行试验。本文选择的试验方案共有4个，分别研究蓄冷剂的种类（不同的相变温度）与温升时间、蓄冷剂用量与温升时间、环境温度与温升时间、环境湿度与温升时间之间的关系，并对试验数据进行分析，以寻找便携式保温箱最佳的保温条件。同时，本文规定温升时间是指在环境温度35℃±2℃、环境湿度50%±2%的条件下，便携式保温箱内温度由-18℃±0.5℃上升至5℃±0.5℃所需的时间。

表1 蓄冷剂种类（不同相变温度）与温升时间测试记录表

表2 蓄冷剂用量与温升时间测试记录表

表3 环境温度与温升时间测试记录表

表4 环境湿度与温升时间测试记录表

2.3 试验过程与结果

2.3.1 蓄冷剂的种类（不同的相变温度）与温升时间之间的关系

将便携式保温箱（编号：样品1）置于环境温度35℃±2℃，环境湿度50%±2%的房间里，在选取蓄冷剂用量（重量：1000g）不变的条件下，通过选用不同相变温度的蓄冷剂来研究与温升时间的关系。试验方案为分别取相变温度为0℃、-2℃、-4℃、-6℃、-8℃、-10℃、-12℃、-14℃、-16℃的蓄冷剂来进行试验，每次试验先将便携式保温箱放置在低温冷冻柜内，并将其温度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房间工作台上，测定其温度上升至5℃±0.5℃所需的时间，并记录其试验数据，具体见表1。根据数据做出蓄冷剂种类（不同相变温度）与温升时间之间的关系图，如图2所示。

从图2中可以看出：随着蓄冷剂相变温度的降低，便携式保温箱的温升时间逐渐提高。但当蓄冷剂相变温度达到-8℃以后，再进一步降低其相变温度，便携式保温箱的温升时间提高幅度不明显。这可能是由于蓄冷剂的相变温度越低，蓄冷剂内有机/无机物含量越高，相变潜热随之降低，导致其温升时间增幅减小[3]。同时，太低的相变温度，不利于蓄冷剂由液态转变为固态，进而积蓄冷量。所以，综合分析便携式保温箱采用相变温度为-8℃的蓄冷剂其保温时间最合适。

2.3.2 蓄冷剂用量与温升时间之间的关系

将便携式保温箱（编号：样品2）置于环境温度35℃±2℃，环境湿度50%±2%的房间里，在选用相变温度为-8℃的蓄冷剂的条件下，通过改变蓄冷剂的用量来研究与温升时间的关系。试验方案为分别取蓄冷剂的重量为800g、1000g、1200g、1500g、1800g、2000g来进行测试,每次试验先将便携式保温箱放置在低温冷冻柜内，将其温度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房间工作台上，测定其温度上升至5℃±0.5℃所需的时间，并记录其试验数据，具体见表2。根据数据做出蓄冷剂用量与温升时间之间的关系图，如图3所示。

图2 蓄冷剂种类（不同相变温度）与温升时间之间关系图

图3 蓄冷剂用量与温升时间之间关系图

图4 环境温度与温升时间之间关系图

图5 环境湿度与温升时间之间关系图

从图3中可以看出:随着蓄冷剂用量的增加，便携式保温箱的温升时间逐渐提高。但较多的蓄冷剂用量，会增加便携式保温箱的重量，不利于老人、小孩等人群使用，削弱了消费者的体验感。同时，蓄冷剂用量越大，需要将蓄冷剂完全由液态转变为固态的时间越长，增加了消费者的等待时间，使用效率较低。所以，综合分析便携式保温箱蓄冷剂用量为1500g较合适。

2.3.3 环境温度与温升时间之间的关系

将便携式保温箱（编号：样品1）置于环境湿度50%±2%的房间里，在选用相变温度为-8℃的蓄冷剂、其用量为1500g的条件下，通过改变测试房间的环境温度来研究与温升时间的关系。试验方案为分别取环境温度为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃来进行测试,每次试验先将便携式保温箱放置在低温冷冻柜内，将其温度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房间工作台上，测定其温度上升至5℃±0.5℃所需的时间，并记录其试验数据，具体见表3。根据数据做出环境温度与温升时间之间的关系图，如图4所示。

从图4中可以看出:随着环境温度的升高，便携式保温箱的温升时间逐渐降低。环境温度越高，温升时间降低幅度越大。这是因为：环境温度越高，热传导效率越高，热损失越快[4]。考虑到便携式保温箱多在温度高的季节内使用，且使用过程中难免有一些极端温度出现。因此，选用环境温度为35℃的测试数据来定义便携式保温箱温升时间的测试环温较适宜。

2.3.4 环境湿度与温升时间之间的关系

将便携式保温箱（编号：样品2）置于环境温度35℃±2℃的房间里，在选用相变温度为-8℃的蓄冷剂、其用量为1500g的条件下，通过改变测试房间的环境湿度来研究与温升时间的关系。试验方案为分别取环境湿度为30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%来进行测试,每次试验先将便携式保温箱放置在低温冷冻柜内，将其温度降低到-18℃±0.5℃，取出后放在房间工作台上，测定其温度上升至5℃±0.5℃所需的时间，并记录其试验数据，具体见表4。根据数据做出环境湿度与温升时间之间的关系图，如图5所示。

从图5中可以看出：随着环境湿度的提高，温升时间逐渐降低。这是因为：湿度越大，便携式保温箱表面越易凝露。凝露不仅提高了便携式保温箱的热传导系数，而且加剧了冷量的损失，导致温升时间急剧降低[5]。正常情况下，空气湿度约为50%左右，而且便携式保温箱在高湿度下使用的概率较小。因此，选择环境湿度为50%的测试数据来定义便携式保温箱温升时间的测试环境湿度较适宜。

3 、结论

本文通过大量的试验研究，并在充分结合消费者实际使用体验感良好的情况下，确立了在环境温度35℃±2℃、环境湿度50%±2%、蓄冷剂用量1500g、蓄冷剂种类（相变温度为-8℃）的条件下，便携式保温箱综合性能达到最佳值。在上述条件下，便携式保温箱温升时间长达314min，完全能够满足不同消费者的日常生活需求。

[1]刘益才，曹立宏，杨智辉，刘振立，黄谦．目前冰箱节能技术分析．家电科技，2006(5): 42-44.

[2]栓狮，梁德青，杨向阳，等．储能材料与技术[M]．北京：化学工业处本社，2004：7l.

[3]宋德清，方利国，等.相变储能材料的研究进展及在建筑中的应用[J].节能，2008(6): 4-7.

[4]王胜林，王华，祁先进，等.高温相变蓄热的研究进展[J]. 能源工程, 2004(6): 6-11.

[5]刘桂兰.家用冰箱冷凝器发展动态.机械与电器，2007(4):49-51.

Application and experimentel research of phase-changed material in portable incubator

Li JiaChen
(Hefei No.3 High School 230001)

This paper studies the phase transition temperature,the weight of phase-changed material,temperature,humidity and the relationship between the portable incubator temperature rise time.Through optimizing combination,which makes the performance of the portable incubator to achieve the best value,Keep cool storage time is long,can meet the demand of different consumers use in everyday life.

Phase-changed material； phase transition temperature；portable incubator； experiment