自动售货机的主要系统装置设计

　　科学技术的发展以及劳动力成本的提高使得自动售货机在全球范围得到广泛的应用。自动售货机作为从劳动密集型向技术密集型发展的科技产物，具有无场地限制、无需人工看守、全天候服务的特点，配合现代电子技术能够给人们的日常生活带来很大的便利[1-2].

　　目前市场上已有的自动售货机多以销售饮料、零食、杂志等常温保质期长的货物，而针对果蔬等新鲜农副产品以及熟食品（ 卤制品、豆制品、快餐盒饭等） 需要冷藏保鲜产品的自动售货机还很少见。设计开发具有制冷保鲜功能的自动售货机，作为鲜切果蔬、半成品农副产品和营养快餐等产品的销售终端，配合兴起的"中央厨房",是一种农副产品销售模式的创新。自动售货机可以在写字楼、商业区、办公楼等区域提供营养快餐、鲜切水果，在小区门口，提供鲜切的半成品蔬菜、熟食品等为上班族节省厨房时间。鲜切果蔬自动售货机能够在降低农副产品销售成本的同时，保证了食品的安全、卫生。

　　在世界范围内尤其在发达国家的自动售货机数量庞大，作为快速发展的科技产物，自动售货机给我们带来方便的同时也消耗了巨大的能量[3].在能源危机越来越严重的今天，发展新能源、低能耗的自动售货机迫在眉睫。太阳能资源丰富、清洁无污染，是可再生能源，随着太阳能电池技术的迅速发展，光伏电池光电转换效率的提高，太阳能制冷技术也成为了制冷专业领域的研究热点之一[4-5].采用太阳能制冷技术的自动售货机具有良好的季节匹配性，能够极大的降低自动售货机系统用电需求，缓解城市用电压力。

　　1 自动售货机整体设计

　　为设计销售鲜切果蔬、熟食等农副产品的自动售货机，根据自动售货机的工作环境及特点，主要从功能方面进行设计。

　　销售的鲜切果蔬、熟食等是需要保鲜功能自动售货机的产品，为此，整机的设计在现有的功能基础上，优化了制冷系统和箱体的保温功能。另外，运用现代控制技术对货物传送装置以及主控制系统进行了改进设计。由冷藏车将来自"中央厨房"的鲜切果蔬和熟食，按照品种分别配送到自动售货机的不同货架内，通过主控制中心设置商品的温度及价格等信息。用户可通过投币、刷卡等方式，选择所需要的商品种类及数量，控制系统接收到付费信息后，调用控制单元将货物输送到取货口，用户得到所需商品，自动售货机完成售货。

　　2 自动售货机的主要系统装置设计

　　2. 1 制冷系统设计

　　设计的自动售货机制冷系统是由太阳能光伏电池供电，相变蓄冷、真空隔热板保温机箱以及控制器、蓄电池和直流压缩机等构成，其系统原理图如图 1 所示。

　　自动售货机节能、保鲜功能的实现方式： 白天太阳能光照充足时，由太阳能电池板接收太阳光的辐射能，将其转化为电能驱动直流压缩机的运行，使自动售货机制冷系统工作。多余的电能则通过控制器输出至蓄电池进行充电，控制器为蓄电池提供充电、过放电保护，以确保太阳能电池板多余电能的有效利用，延长蓄电池的使用寿命。与此同时，蓄冷部件内的蓄冷材料由液态变为固态发生相变并储存冷量。当夜间、阴雨天太阳能光照不足时，蓄冷部件内的蓄冷材料由固态变为液态，发生相变并释放冷量。当蓄冷部件内的蓄冷材料冷量释放完毕，太阳能光照强度依然不足时，自动售货机则由蓄电池通过控制器向系统供电，驱动直流压缩机，制冷系统运行，维持售货机内物品低温保鲜的要求。采用相变蓄冷技术使压缩机制冷量和售货机所需冷负荷之间合理匹配，实现了售货机的高效、节能运行。将太阳能光伏电池、蓄电池以及蓄冷部件 3 者配合使用，能保证售货机储物箱内温度的稳定，减少压缩机的启停次数，延长系统的使用寿命。

　　设计选用的制冷压缩机为 12 V 的直流压缩机，适合太阳能直流电源，不需要逆变器，制冷系统采用R143a 为制冷剂，售货机储物室温度根据《上海市餐饮业卫生管理办法》设计温度为 8 ℃。真空绝热板是一种导热系数仅为 0. 004 7 ~0. 007 0 W/（ m·℃） 的保温材料，具有良好的隔热性能，选用真空隔热板能够降低售货机储物室来自外界的热负荷[6-7].

　　太阳能光伏系统的设计选型要满足年平均日负载的用电需求，并符合制冷系统的电压和功率要求。太阳能电池通过串联列阵满足电压要求，功率则由并联列阵实现，则
　　

　　其中，Upv为太阳能组件的工作电压； U0为单片太阳能电池的最大功率点电压； N0为太阳能电池的串联数目； Np为太阳能电池的并联数目； E 为系统每天的功耗； B 为蓄电池每天需要补充的点量； P0为太阳能电池组件的额定功率。