CN114076473A - 一种智能冷库 - Google Patents

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张忠斌
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Abstract

本发明公开了一种智能冷库，包括能源生成系统、蓄冷系统、风力调整系统以及冷库，能源生成系统分别连接在控制器上的风力发电装置和光伏发电装置、蓄电池，风力发电装置的风车设置在冷库顶部获取风能，光伏发电装置的光伏组件布置在冷库的外墙东西方向获取太阳能；蓄冷系统包括设置在冷库内壁以及内部的蓄冷板，蓄冷板内设冷介质盐溶液；风力调整系统，包括设于冷库顶部位置的直流风机，直流风机连接控制器获取电源；冷库，具有若干冷冻室，以及在每一个冷冻室内用保温隔板分隔得到的冷冻单元。本发明提供了充分利用可再生能源及自然条件，可自主发电供给使用，提高了内部气流组织均匀性及储存食品的品质，优化了内部结构的智能冷库。

Description

一种智能冷库
技术领域
本发明涉及冷冻冷藏设备工程技术领域，特别是涉及冷库结构的优化设计，具体涉及一种智能冷库。
背景技术
随着我国经济的高速发展，人民的生活水平日益提高，由此带来社会对冷藏冷冻食品越来越大的需求,迫切需要冷库等冷链产业的大幅度扩容。而冷库能耗一般占整个冷链物流企业能耗的70%以上,能源费用占企业运营成本的30%以上,其中冷风机是冷库的主要耗能设备，因此冷库风机的耗能问题已引起制冷和食品行业越来越广泛的重视。
目前的冷库供能方案主要通过相对单一的供能蓄能方式，或者采用市电进行供电，不适用于用在偏远山区或大草原等不方便接入市电的地区，大大限制了产品的使用范围。
专利CN204398960U公开了一种风能和太阳能冷链物流车，该专利通过设置在车头的集风口和车厢外顶部的太阳能发电板对风能和太阳能进行利用，获取食物运输过程中冷量供应的能量来源，但是这种能量供应方式相对较单一，只通过蓄电池蓄电，不能保证冷链车冷量供应的可靠性。另一方面，太阳能发电板水平放置时，对太阳能的利用效率相对偏低。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种充分利用可再生能源及自然条件，可自主发电供给使用，提高了内部气流组织均匀性及储存食品的品质，优化了内部结构的智能冷库。
本发明所采用的技术方案是：一种智能冷库，包括能源生成系统、蓄冷系统、风力调整系统以及冷库，其中：
能源生成系统，分别连接在控制器上的风力发电装置和光伏发电装置、蓄电池，风力发电装置的风车设置在冷库顶部获取风能，光伏发电装置的光伏组件布置在冷库的外墙东西方向获取太阳能；
蓄冷系统，包括设置在冷库内壁以及内部的蓄冷板，所述蓄冷板内设冷介质盐溶液；
风力调整系统，包括设于冷库顶部位置的直流风机，所述直流风机通过直流压缩机连接控制器获取电源；
冷库，具有若干冷冻室，以及在每一个冷冻室内用保温隔板分隔得到的冷冻单元。
优选地，冷库分隔为东西方向两个冷冻室，东边冷冻室的温度为-12℃~-14℃，西边冷冻室的温度为-18℃~-20℃，东边冷冻室和西边冷冻室分别用来冷冻羊肉和牛肉，以防止冷冻品品质下降。
优选地，每一个冷冻室内用保温隔板分隔得到四个对称的冷冻单元，用来堆放冷冻货物，即将货物分四组冷冻，以较均匀的内部气流组织来达到较好的冷冻效果。
优选地，所述冷库的南、北侧壁结构设置有向下弯曲的圆弧形导流板，冷库地面上放置垫仓板，向下弯曲的圆弧形导流板减少气体循环过程中能量的损失，冷库地面上的垫仓板降低回风气流旋涡，平衡冷库内部气流。
优选地，所述蓄冷板分别设置在冷库东侧壁内侧、西侧壁内侧、保温隔板两侧以及冷库南、北内侧壁与顶棚夹角处，从而保证蓄冷板对冷库能够全方位的供冷以及蓄冷。
优选地，所述蓄冷板内设冷介质盐溶液为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，供电设备为冷库供电时，制冷机组产生的一部分冷量被蓄冷介质吸收，发生相变进行蓄冷；无电量供应时，蓄冷介质吸收冷库内产生的热量，维持冷库的低温环境。
优选地，冷库的每一个冷冻室内设置一个直流风机，每一个直流风机设置于顶部中心位置，并且每一个冷冻室的内侧四周设有蓄冷板，如此便可以保证冷库中心温度相对较低，直流风机通过朝向向下的风扇吸收上升的热空气，通过设置在两侧的风口排出，实现冷冻空间温度的均匀分布。
优选地，所述光伏组件设置在冷库的南边外侧，并且光伏组件设置为上、下两层结构。
优选地，所述光伏组件的倾斜角度设置为40°~ 50°，同时置于下层的光伏组件在夏至日前后允许被上层光伏组件部分遮挡。由于此系统在夏季能耗最大，并且此时太阳能最丰富，因此以夏季为参考设置太阳能板的倾斜角度。太阳高度角取夏季平均值，以内蒙为例，太阳高度角的平均值为45°，因此太阳能板支架角度可设置为40°~ 50°。
优选地，所述风车放置在顶部两组光伏组件水平位置之间，因为通常风车支柱设置2~3m，在冷库高度已有2~2.5m的基础下，风车高度可达4~5.5m，此水平面的风力可达7m/s及以上，基于风速达到1.3m/s即可启动风力发电的情况，此时可在基建投资相对减小的情况下大大增加风能的利用，控制器设置在光伏组件下侧空间部位，通过光伏组件的遮挡作用避免阳光直射，同时设置一定的防腐材料形成防腐空间，保护设备不受损坏。通过控制器对产能部件的发电功率及冷库负荷数值进行判断，将太阳能及风能产生的电力送至冷库供能，或输送至蓄电池进行储存，实现系统的智能化运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明考虑到天气状况不稳定的因素，分别设置了能满足各种天气状况的产能储能系统。若是晴天无风，则使用太阳能与蓄冷和蓄电的工作模式；若是阴天有风，则使用风能与蓄冷和蓄电的工作模式；若是晴天有风，则使用太阳能、风能与蓄冷和蓄电的工作模式；若是阴天无风，则使用蓄冷槽及蓄电池供电的工作模式。由于可能会出现连续几天都没有太阳能及风能使用的情况，因此要对蓄电池和蓄冷板都留有一定的富余量，以备急用。
（2）本发明中的光伏组件用来接收太阳能，角度的设置直接影响光伏组件的工作效率。为选取一个最适宜的角度，本发明考虑到冷库在夏天能耗最大，同时光伏组件设置在南外墙，夏至日的太阳高度角最大，用钢支架固定在夏至日前后最适宜接收太阳能的角度范围内，提高能量利用率。
（3）本发明通过风车采集风能，风车安装在冷库顶部，此处风力相较地面更大、环境干扰更小，且节省了占地面积，减少了风车支架的长度，缩减了建造成本。
（4）本发明考虑到内蒙地区冬季外部环境中空气温度已低至冷冻要求而无需再冷，可直接通过过滤清洁后用以冷冻食物，节约了能耗，实现对环境条件的充分利用。
（5）本发明考虑到某些肉类有较高的冷冻品质要求，并且可能需要跨季节长时间冷冻，将冷库划分为冷冻温度为-12℃~-14℃和-18℃~-20℃两个小冷冻室，分别用来冷冻羊肉和牛肉，以达到不同的冷冻效果，提高冷冻品品质。
（6）本发明考虑到货物摆放对内部气流组织的影响，以及不同气流组织对食物品质的影响，货物堆放区左右两侧均与壁面保持0.5米间距，避开回风高温区，并且使货物均分四份可实现更为均匀的气流组织，有利于提高冷冻性能。
（7）本发明在冷库内部设置蓄冷板，以凝固温度在冷冻温度范围内的盐溶液为蓄冷介质，利用其相变蓄冷可大量储存多余冷量的性质，减少蓄冷介质的使用量，节约了冷冻空间。在产能不足时，通过直流风机将蓄冷介质的冷量释放，维持冷冻空间的低温，使冷库稳定运行。
综上所述，本发明的智能冷库，内部结构紧凑，节约土地资源。同时该智能冷库的能源生成系统、蓄冷系统以及风力调整系统均可拆卸，使用地点不再受限，方便快捷，提高了该产品的适用范围，使得该智能冷库具有较为广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明原理结构图
图2为本发明整体结构图
图3为本发明太阳能板及风能发电设备的相对位置关系
图4为本发明冷库内部的顶部仰视图
其中：100-能源生成系统，110-控制器，120-风力发电装置，121-风车，130-光伏发电装置，131-光伏组件，140-蓄电池；
200-蓄冷系统，210-蓄冷板；
300-风力调整系统，310-直流风机；
400-冷库，410-冷冻室，420-保温隔板，430-冷冻单元，440-向下弯曲的圆弧形导流板，450-垫仓板。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。
如图1所示，一种智能冷库，包括能源生成系统100、蓄冷系统200、风力调整系统300以及冷库400，其中：
能源生成系统100，分别连接在控制器110上的风力发电装置120和光伏发电装置130、蓄电池140，风力发电装置120的风车121设置在冷库400顶部获取风能，光伏发电装置130的光伏组件131布置在冷库400的外墙东西方向获取太阳能；
蓄冷系统200，包括设置在冷库400内壁以及内部的蓄冷板210，所述蓄冷板210内设冷介质盐溶液；
风力调整系统300，包括设于冷库顶部位置的直流风机310，所述直流风机310通过直流压缩机320连接控制器110获取电源；
冷库400，具有若干冷冻室410，以及在每一个冷冻室410内用保温隔板420分隔得到的冷冻单元430。
冷库400分隔为东西方向两个冷冻室，东边冷冻室的温度为-12℃~-14℃，西边冷冻室的温度为-18℃~-20℃，东边冷冻室和西边冷冻室分别用来冷冻羊肉和牛肉，以防止冷冻品品质下降。
更佳的实施方式是，每一个冷冻室410内用保温隔板420分隔得到四个对称的冷冻单元430，用来堆放冷冻货物，即将货物分四组冷冻，以较均匀的内部气流组织来达到较好的冷冻效果。所述冷库400的南、北侧壁结构设置有向下弯曲的圆弧形导流板440，冷库地面上放置垫仓板450。
更佳的实施方式是，所述蓄冷板210内设冷介质盐溶液为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，供电设备为冷库供电时，制冷机组产生的一部分冷量被蓄冷介质吸收，发生相变进行蓄冷；无电量供应时，蓄冷介质吸收冷库内产生的热量，维持冷库的低温环境。 冷库400的每一个冷冻室410内设置一个直流风机310，每一个直流风机310设置于顶部中心位置，并且每一个冷冻室410的内侧四周设有蓄冷板210，如此便可以保证冷库中心温度相对较低，直流风机通过朝向向下的风扇吸收上升的热空气，通过设置在两侧的风口排出，实现冷冻空间温度的均匀分布。所述光伏组件131设置在冷库400的南边外侧，并且光伏组件131设置为上、下两层结构，方便获取更多的太阳能源。所述光伏组件131的倾斜角度设置为40°~ 50°，同时置于下层的光伏组件在夏至日前后允许被上层光伏组件部分遮挡。智能冷库的风车121放置在顶部两组光伏组件131水平位置之间，控制器110设置在光伏组件131下侧空间部位。
其他实施例
将所述智能冷库用于牛、羊肉的冷冻，光伏组件共设置14块倾斜角为40°~45°的2m*1m（长*宽）的太阳能电池板，冷库的侧壁结构外设置间隔为0.4m的上、下两层太阳能电池板，下层竖向放置7块，上层横向放置3块，顶部放置4块且每两块间隔1m。每块太阳能电池板的发电功率为300w，日照时间以6小时计，光伏组件晴天一天所产生的电能Q=300w/1000 *6h*14=25.2kw·h。
将高为2m、发电功率为400w的风车设置3架于冷库顶部，每两架风车之间间隔为1m，底部基础尺寸为1m*1m。风力发电装置一天所产生的电能Q=400w/1000*6h*3 =7.2kw·h。
将发电机、控制器、蓄电池、制冷机室外机组等位于顶部太阳能板之下，并设置防腐蚀保护装置。所述控制器将风力发电装置和光伏发电装置产生的电量供给冷库直流压缩机，当产能量高于冷库所需负荷时，通过控制器调节将多余的电量输往蓄电池储存。
将外围尺寸为7m*3m*2.5m（长*宽*高）的冷库，分为尺寸为3.5m*3m*2.5m （长*宽*高）且冷冻温度为-18~-20℃和尺寸为3.5m*3m*2.5m（长*宽*高）且冷冻温度为-12~-14℃两个冷冻室。由于下午光照较上午光照强，上午太阳位于东侧，下午太阳位于西侧，因此将东边冷冻室设置为较低温的-18~-20℃用于冷冻牛肉，西边冷冻室设置为较高温的-12~-14℃用于冷冻羊肉。并且在侧壁冷库东、西侧壁内侧及中间设置的隔板，减少冷空气对流损失，有助于冷空气的循环流通。不考虑蓄冷量时，羊肉冷冻室一天耗电量为7.6kw·h，牛肉冷冻室一天耗电量为7.9kw·h，冷库一天总消耗电量为15.5kw·h。
将尺寸为3.0m*1m*0.02m（长*宽*高）的两块
Figure DEST_PATH_IMAGE005
蓄冷板设置于牛肉冷冻室顶部南、北侧壁内侧壁与顶棚的夹角处，尺寸为2.8m*2.3m*0.02m的两块
Figure DEST_PATH_IMAGE007
蓄冷板设置于牛肉冷冻室东、西侧壁内表面。由于南侧壁外设置有电池板，削弱了太阳的直射辐射对侧壁冷库的传热量，同时北侧壁是背光面，因此只在冷库南、北方向侧壁内部设置较少的蓄冷板，并且由于冷空气的密度大，容易向下流通，因此将如上所述的蓄冷板设置于上部，有利于冷空气的均匀分布。该冷冻室东侧壁有太阳直射，因此整个侧壁都设置有蓄冷板，但其厚度设置较薄。
尺寸为3.0m*1m*0.02m（长*宽*高）的两块
Figure DEST_PATH_IMAGE009
蓄冷板设置于羊肉冷冻室顶部南北侧壁与顶棚的夹角处，尺寸为2.8m*2.3m*0.02m的两块
Figure DEST_PATH_IMAGE010
蓄冷板设置于羊肉冷冻室东、西侧壁内表面。由于南侧壁外设置有电池板，削弱了由于太阳辐射作用通过该方向侧壁的传热量，同时北侧壁是背光面，热量透过较少，因此只在冷库南北方向侧壁内部设置较少的蓄冷板，并且由于冷空气的密度大，容易向下流通，因此将如上所述的蓄冷板设置于顶部，有利于冷空气的向下运动。该冷冻室西侧壁有太阳直射，因此整个侧壁都设置有蓄冷板，但其厚度设置较薄。
所述蓄冷板在冷库压缩机工作向冷库内部释放冷量时吸收多余的冷量蓄冷。当无风无太阳时，蓄冷板将蓄存的冷量释放出，维持冷冻空间的低温。
直流风机两台分别位于羊肉冷冻室和牛肉冷冻室顶部中间位置，通过开口向下的直流风机吸收冷冻室中心区域温度相对较高的上升的热空气，然后通过风机南北两侧的风口吹出，气体的循环流动使冷冻空间的温度分布更加均匀，提高了冷冻品品质。直流风机在工作时，当有风能和太阳能产生时由风能和太阳能供电，当无风能和太阳能产生时，由蓄电池供电，当无产能和储能时可切换至市电。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能冷库，其特征在于：包括能源生成系统（100）、蓄冷系统（200）、风力调整系统（300）以及冷库（400），其中：
能源生成系统（100），分别连接在控制器（110）上的风力发电装置（120）和光伏发电装置（130）、蓄电池（140），风力发电装置（120）的风车（121）设置在冷库（400）顶部获取风能，光伏发电装置（130）的光伏组件（131）布置在冷库（400）的外墙东西方向获取太阳能；
蓄冷系统（200），包括设置在冷库（400）内壁以及内部的蓄冷板（210），所述蓄冷板（210）内设冷介质盐溶液；
风力调整系统（300），包括设于冷库顶部位置的直流风机（310），所述直流风机（310）通过直流压缩机(320)连接控制器（110）获取电源；
冷库（400），具有若干冷冻室（410），以及在每一个冷冻室（410）内用保温隔板（420）分隔得到的冷冻单元（430）。
2.根据权利要求1所述的一种智能冷库，其特征在于：冷库（400）分隔为东西方向两个冷冻室，东边冷冻室的温度为-12℃~-14℃，西边冷冻室的温度为-18℃~-20℃。
3.根据权利要求2所述的一种智能冷库，其特征在于：每一个冷冻室（410）内用保温隔板（420）分隔得到四个对称的冷冻单元（430）。
4.根据权利要求3所述的一种智能冷库，其特征在于：所述冷库（400）的南、北侧壁结构设置有向下弯曲的圆弧形导流板（440），冷库地面上放置垫仓板（450）。
5.根据权利要求2或3所述的一种智能冷库，其特征在于：所述蓄冷板分别设置在冷库东侧壁内侧、西侧壁内侧、保温隔板（420）两侧以及冷库南、北内侧壁与顶棚夹角处。
6.根据权利要求1或4所述的一种智能冷库，其特征在于：所述蓄冷板（210）内设冷介质盐溶液为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
7.根据权利要求1所述的一种智能冷库，其特征在于：冷库（400）的每一个冷冻室（410）内设置一个直流风机（310），每一个直流风机（310）设置于顶部中心位置，并且每一个冷冻室（410）的内侧四周设有蓄冷板（210）。
8.根据权利要求1或2所述的一种智能冷库，其特征在于：所述光伏组件（131）设置在冷库（400）的南边外侧，并且光伏组件（131）设置为上、下两层结构。
9.根据权利要求8所述的一种智能冷库，其特征在于：所述光伏组件（131）的倾斜角度设置为40°~ 50°，同时置于下层的光伏组件在夏至日前后允许被上层光伏组件部分遮挡。
10.根据权利要求9所述的一种智能冷库，其特征在于：所述风车（121）放置在顶部两组光伏组件（131）水平位置之间，控制器（110）设置在光伏组件（131）下侧空间部位。
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