基本信息
- 项目名称：
- 食品冷藏陈列柜的节能研究与设备创新
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 食品安全关系到国计民生，冷藏陈列柜是食品冷链的末端环节。本项目围绕冷藏陈列柜的节能和低温控制展开，依次从“问题提出、方案确定、模型研发”三方面进行阐述。结果表明：1.通过玻璃门和风幕的共同作用，可有效降低食品冷藏陈列柜使用过程能耗；2.将隔板内部空间设计成渐缩风道，可优化风幕的气流组织；3.采用变频器风扇系统的风幕装置，可降低运行能耗；4.增设自动感应系统来防止玻璃门无人值守情况下长时间敞开。
- 详细介绍：
- 食品安全关系到国计民生，低温流通是影响食品品质的重要因素，冷藏陈列柜是低温流通中的末端—销售环节。为了给消费者营造一个相对轻松的购物环境、提供良好的展示效果、延长食品的货架期，许多大型商场和超市都大量使用了敞开式食品冷藏陈列柜，食品冷藏陈列柜的耗电量约占超市运营耗电量2/3，同时由于敞开式食品冷藏陈列柜与外界环境的封闭性较差，柜内约有50%-70%的冷量因此损失。本研究围绕冷藏陈列柜的节能研究展开，依次从“问题提出、方案确定、模型研发”三方面进行阐述，并进行设备创新。具体内容如下： 1.“问题提出”部分：通过到超市的实地调研，指出了食品冷藏陈列柜在空气幕应用节能方面主要存在的五个问题：阻挡内外气体热交换的缺陷；风幕气流组织形式的缺陷；风幕气体流速的缺陷；风幕出风量的缺陷；玻璃门操作系统的缺陷。 2．“方案确定”部分：通过研究小组讨论分析，对上述问题确定了解决方案：通过玻璃门和风幕的共同作用来阻挡内外气体热交换的节能食品冷藏陈列柜，使得食品冷藏陈列柜的能耗在运行过程中有显著的降低；利用搁板内部空间作为风道，搁板前端作为出风口，从而只需要较小的风速就可以达到风幕的效果；采用变频器风扇系统的风幕装置，风扇转速随着玻璃门开启度的减小而减速，可以降低运行能耗；利用渐缩风道对气流加速的食品冷藏陈列柜用气流加速装置；增设自动感应系统来防止玻璃门无人操作情况下长时间敞开，在降低能耗的同时，还保证了食品环境温度。 3.“模型研发”部分：研究小组依次采取数值模拟、实验验证、3D系统制图、平面尺寸图、模型订做，完成本作品。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品目的：设计出新型食品冷藏陈列柜，在降低能耗的同时，保证食品的低温环境。 2.基本思路：本研究围绕冷藏陈列柜的节能研究展开，依次从“问题提出、方案确定、模型研发”三方面进行阐述，并进行设备创新。 3.创新点：①通过玻璃门和风幕的共同作用来阻挡内外气体热交换的节能食品冷藏陈列柜；②利用搁板内部空间作为风道；③食品冷藏陈列柜用气流加速装置；④食品冷藏陈列柜用变频器风扇系统；⑤食品冷藏陈列柜玻璃门自动感应系统。 4.技术关键：① 一种新型的节能食品冷藏陈列柜。陈列柜玻璃门开启时，开启部分的风幕自动打开，通过玻璃门和风幕的共同作用来阻挡内外气体的热交换，从而达到节能的目的；② 一种新型的食品冷藏陈列柜风幕装置。在上述装置基础上，对其风幕装置进行创新设计。利用陈列柜内部的冷空气，作为风幕气体来源，分别从陈列柜上下端与玻璃门接口处、搁板的前端部分作为出风口，风向与玻璃门平行，从而以较小风速达到风幕的效果；③ 食品冷藏陈列柜用气流加速装置。利用风扇和渐缩风道对陈列柜内部的冷空气进行加速，作为风幕气体来源，从而最大限度地节约了风幕动力能耗，达到节能的效果；④ 食品冷藏陈列柜用变频器风扇系统。采用变频器风扇，并将其与玻璃门开启度相关联，从而使得不同的开启度风速的转速不同，最大限度地节约了风扇能耗，达到节能的效果；⑤ 食品冷藏陈列柜玻璃门自动感应系统。在玻璃门范围内一定时间内无物体穿过，则自动关闭，从而防止未使用阶段长时间开门的状况，保证食品的冷藏温度，也达到了节能的效果。
科学性、先进性
- ①通过利用玻璃门和风幕阻挡气体热质交换，设计出玻璃门和风幕共存的食品冷藏陈列柜； ②将搁板内部设计为渐缩风道，在其顶端设为出风口，从而以较小风速达到风幕效果，减低动力装置能耗； ③将变频器风扇与玻璃门开启度结合，开启的变化度引起风扇转速变化，减小风扇能耗； ④装设自动感应器，当玻璃门范围内一定时间内无物体穿过时自动关闭，防止无人情况下长时间开门。本作品内容技术优于国内现有水平。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年，浙江舟山，浙江海洋学院，挑战杯大学生课外学术科技作品选拔赛，一等奖； 2010年，浙江舟山，浙江海洋学院船建学院，第二届结构设计与模型制作大赛，一等奖
作品所处阶段
- 作品现处于中试阶段。目前已完成数值模拟、3D模型设计、平面尺寸图、模型制作。
技术转让方式
- 一次总算或技术入股
作品可展示的形式
- 模型、图纸、现场演示、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品属于食品低温流通过程中销售环节的终端设备节能研究与设备创新，对食品冷藏陈列柜目前运行中存在的五个能耗的问题分别研究解决，并进行了设备创新。技术优于国内现有水平，主要应用于商场超市等场所，可以显著降低能耗，保障食品安全，具有潜在的市场开发应用前景和实施转化的可能性。
同类课题研究水平概述
- 1.国外研究现状 研究风幕的先驱是美国学者Hayes等人。研究表明，风幕的流动与换热受许多因素的影响，如射流速度、射流温度、射流初始紊流度、风幕宽度、敞口高度与宽度、风幕两侧的压力与温度差等。其中，射流速度与射流温度为主要影响因素。 冷风幕的流动属于大空间内的低温卷吸射流（射流出口处的雷诺数在2200左右），目前多数文献有对热射流、垂直射流、等温射流的研究进行报道，但很少有单独研究其流动机理。对于陈列柜所涉及的冷射流，Wesozow ski等进行了可视化试验.结果表明，冷风从出风口射出后很快变成紊流，并形成羽状的流动分布，加剧了冷射流对外界热空气的卷吸作用，使换热强化能耗增加。同时还提出一种新的送风格栅设计方案以降低射流出口的紊流度，强化风幕隔热功能。Stribing等还对立式陈列柜风幕流型进行了研究。结果表明，北送风的水平方向向空气流对风幕的垂直方向空气流有很大影响，重力与表面粘性力的联合作用使风幕的流动向柜内侧偏转，建议取消背送风以减少其对风幕流动的干扰。然而，得出的多是定性的结论，缺乏定量的依据，其试验研究有待进一步。 2.国内研究现状 近年来，国内已成功地将数值计算与实验研究结合起来，为陈列柜的优化设计提供了可靠的依据。刘东毓等以陈列柜为研究对象，模拟陈列柜内的二位稳态气流流动状况，在考虑了自然对流对空气流场影响的基础上，对陈列柜内的混合对流进行了数值计算，揭示了陈列柜内混合对流的流型和传热机理，并进一步研究了出口风速对陈列柜内空气流型的影响，得出了陈列柜的冷风幕对陈列柜的性能有很大影响的结论。宴刚等以卧式陈列柜为研究对象，研究冷风幕的射流出口速度太大会增加冷量损失，太小会导致环境中的空气侵入与柜内空气混合，同样增加冷量损失。穆景阳等采用有限元法，建立了卧式陈列柜风幕系统的CFD模型，并进行了数值计算与实验验证。管天等试验研究了立式陈列柜风幕送风速度对其温度分布的影响。结果表明，降低其内风幕的送风速度或提高其外风幕的送风速度可使风幕向柜内侧偏移，减少冷风幕的外溢，提高风幕封闭敞口的能力，改善陈列柜的性能。
