[發(fā)明專利]場活化直接接觸式再生器有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201480077856.7 | 申請日： | 2014-04-09 |
| 公開（公告）號： | CN107250688B | 公開（公告）日： | 2021-08-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | T.D.拉克利夫;J.V.曼特斯;S.R.卡爾普;S.安娜普拉加達(dá) | 申請（專利權(quán)）人： | 開利公司 |
| 主分類號： | F25B9/14 | 分類號： | F25B9/14 |
| 代理公司： | 中國專利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人： | 李晨;傅永霄 |
| 地址： | 美國佛*** | 國省代碼： | 暫無信息 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 活化 直接 接觸 再生 | ||
實施方案涉及熱泵元件，所述熱泵元件包括：薄膜聚合物或陶瓷材料，所述薄膜聚合物或陶瓷材料的厚度處在0.1微米?100微米的范圍內(nèi)；以及電極，所述電極聯(lián)接至所述薄膜材料的兩側(cè)以形成電極化活性薄膜材料，其中所述薄膜材料由通道內(nèi)的熱傳遞流體隔開并且與所述熱傳遞流體緊密接觸，所述通道的厚度處在10微米?10毫米的范圍內(nèi)，其中所述流體能夠通過施加的壓力場而在整個所述元件上來回平移。
背景
在經(jīng)受機(jī)械應(yīng)變、磁場或電場時展現(xiàn)出絕熱溫度變化的材料已經(jīng)用于產(chǎn)生熱泵循環(huán)。圖1中示出了基本循環(huán)。在狀態(tài)1，材料處于穩(wěn)態(tài)溫度并且經(jīng)受直接施加至材料的穩(wěn)定場。在狀態(tài)2，所施加的場強(qiáng)度的加強(qiáng)會提高材料溫度。在狀態(tài)3，熱量被排放到熱環(huán)境，從而使材料溫度下降為接近環(huán)境熱值。這最好通過直接接觸環(huán)境空氣和活性材料來完成。在狀態(tài)4，場強(qiáng)度的減弱會降低材料溫度。之后所述循環(huán)通過以下方式來完成：再次優(yōu)選地通過直接接觸從冷環(huán)境吸收熱量，從而使材料溫度上升回到狀態(tài)1的值。這個循環(huán)可以接近理想的卡諾(Camot)、布雷頓(Brayton)或埃里克森(Ericsson)循環(huán)，這取決于場致動相對于排熱的時機(jī)。
已知的電熱或磁致熱材料可獲得的絕熱溫度升高典型地低于大多數(shù)商用熱泵應(yīng)用諸如環(huán)境控制所要求的溫升(lift)。一種熟知的加大溫度升高的手段(以容量為代價)是溫度再生。再生用于產(chǎn)生溫度梯度，并且因此使結(jié)合了場活化材料的再生器中的溫度升高成倍加大。
再生熱交換器普遍存在于使用流體壓縮而不是場活化材料來提供熱泵的循環(huán)中。例如，應(yīng)用改良型斯特林循環(huán)(Stirling cycle)的熱聲冷卻器是常見實例。這些裝置包括一個或多個聲學(xué)驅(qū)動器、諧振體積、再生器元件以及位于所述元件任一側(cè)上的熱交換器。這項技術(shù)的依據(jù)是激發(fā)壓力和速度波動，它們會在再生熱交換器內(nèi)壓縮流體并使所述流體膨脹，同時使所述流體軸向平移。所述流體在壓縮時在一個軸向位置上對再生器基質(zhì)放出熱量，并且在其膨脹時在不同的軸向位置上往回吸收熱量。這些熱交換產(chǎn)生由再生器基質(zhì)和再生器內(nèi)的流體共享的溫度梯度。這個梯度在熱熱交換器與冷熱交換器之間來回平移以便以與上述場活化再生器情況相似的方式來泵運熱量。相似性在于再生器內(nèi)的流體通過某一機(jī)械手段來軸向平移。然而，它們的區(qū)別在于：在場活化情況下，出現(xiàn)熱泵完全歸因于施加到再生器的固體材料上的場并且由流體為再生提供熱容，而在熱聲情況下，出現(xiàn)熱泵歸因于再生器內(nèi)流體的壓縮/膨脹并且由再生器的固體材料為再生提供熱容。此外，在熱聲或其他基于壓力的冷卻循環(huán)中，有必要使用熱交換器來將加壓的工作流體與環(huán)境空氣分開，從而導(dǎo)致性能的顯著損失。場活化再生器可以在環(huán)境空氣直接接觸活性材料的情況下操作。
已知被動再生器受益于若干重要的性能特征。所述被動再生器必須：1)在固體介質(zhì)內(nèi)具有足夠的熱容來存儲有待再生的能量；2)允許工作流體在不存在太大的流動阻力的情況下穿過；3)在再生器質(zhì)量與工作流體之間實現(xiàn)熱傳遞；以及4)防止沿溫度梯度的方向的熱傳導(dǎo)(和熱流)。典型的實施方案是由多層絲網(wǎng)形成的圓柱形疊層或填充有小金屬球的導(dǎo)管。
簡述
一個實施方案涉及熱泵元件，所述熱泵元件包括：薄膜聚合物或陶瓷材料，所述薄膜聚合物或陶瓷材料的厚度處在0.1微米-100微米的范圍內(nèi)；以及電極，所述電極聯(lián)接至薄膜材料的兩側(cè)以形成電極化活性薄膜材料，其中薄膜材料由通道內(nèi)的熱傳遞流體隔開并且與所述熱傳遞流體緊密接觸，所述通道的厚度處在10微米-10毫米的范圍內(nèi)，其中所述流體能夠通過施加的壓力場而在整個元件上來回平移。
以下描述另外的實施方案。
附圖簡述
本公開通過舉例說明并且并不限于附圖，在附圖中，相似參考數(shù)字指示相似元件。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基本場活化熱泵循環(huán)的圖；
圖2是用于實現(xiàn)緊密的場施加和直接接觸式熱交換的場活化再生器的單層裝置的圖；
圖3A-3B是用于場活化再生器的多層裝置的圖；
圖4示出圖2和圖3A-3B的實施方案的變型；
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