[發(fā)明專利]基于形狀記憶驅(qū)動的電卡制冷裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810135461.8
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108413645B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王杰;候旭;李會雨
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;F25B49/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種基于形狀記憶驅(qū)動的電卡制冷裝置及其方法。它包括冷端、端蓋、熱端、絕熱層、軸用彈簧擋圈、形狀記憶電卡制冷器；冷端呈軸狀，端蓋同軸固定于冷端上；熱端呈中空筒狀，熱端的一側(cè)固定于冷端上，且熱端與冷端之間通過絕熱層隔離；冷端、端蓋和熱端之間形成一個環(huán)繞冷端的環(huán)形腔體；環(huán)形腔體有進氣孔和出氣孔；形狀記憶電卡制冷器呈開口圓環(huán)形，一端固定于冷端上。在丙酮蒸汽的濃度發(fā)生變化時，形狀記憶電卡制冷器實現(xiàn)變形，并分別與冷端和熱端接觸，同時控制其上直流電壓的施加和撤除使得形狀記憶電卡制冷器在熱端釋放熱量，在冷端吸收熱量，實現(xiàn)形狀記憶電卡制冷。本發(fā)明具有無需熱開關(guān)、集成度高、無噪聲的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體制冷裝置，尤其涉及一種基于形狀記憶驅(qū)動的電卡制冷裝置及其方法。

背景技術(shù)

固體制冷技術(shù)具有無需制冷劑、不對環(huán)境產(chǎn)生污染、無噪聲等特點。常見的固體制冷技術(shù)包括半導體制冷、電卡制冷、磁制冷等。電卡制冷相比于半導體制冷和磁制冷而言，具有效率高、體積小等優(yōu)點。

由于電卡制冷裝置在絕熱極化過程后溫度升高，從而要向外界釋放熱量，在絕熱去極化過程后溫度降低可以從外界吸收熱量，因此通常采用熱開關(guān)或者液體循環(huán)的方式將電卡制冷裝置在極化過程后釋放的熱量帶到熱端，例如專利CN206056000U公開了一種流體換熱的電卡制冷裝置，冷端和熱端采用換熱器與熱流進行熱交換；專利CN106440483A公開了一種電卡制冷裝置，通過上電卡環(huán)與下電卡環(huán)的反向旋轉(zhuǎn)配合周期性施加的電壓，并分別周期性的與冷端和熱端接觸實現(xiàn)熱量在冷端和熱端的傳遞。這些電卡制冷裝置需要設(shè)計機構(gòu)將熱量從冷端排到熱端，而本發(fā)明所述的形狀記憶電卡制冷器，具有自驅(qū)動的特性，無需其它輔助熱量傳遞結(jié)構(gòu)就能通過形狀記憶驅(qū)動形變實現(xiàn)熱量的傳遞，更易于小型化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于形狀記憶驅(qū)動的電卡制冷裝置及其方法。

基于形狀記憶驅(qū)動的電卡制冷裝置，其包括冷端、端蓋、熱端、絕熱層、軸用彈簧擋圈、形狀記憶電卡制冷器；冷端呈軸狀，端蓋同軸固定于冷端上；熱端呈中空筒狀，熱端的一側(cè)通過定位鍵和軸用彈簧擋圈同軸固定于冷端上，且熱端與冷端之間通過絕熱層隔離，熱端的另一側(cè)與端蓋通過固定件連接；冷端、端蓋和熱端之間形成一個環(huán)繞冷端的環(huán)形腔體；所述的端蓋上設(shè)有連通環(huán)形腔體的進氣孔；所述的熱端底部設(shè)有連通環(huán)形腔體的出氣孔；所述的形狀記憶電卡制冷器呈開口圓環(huán)形，一端固定于冷端上，且在非工作狀態(tài)下與熱端接觸但與冷端不直接接觸。

該電卡制冷裝置中，還可以采用如下若干優(yōu)選方式：

所述的形狀記憶電卡制冷器為四層依次緊貼的環(huán)形結(jié)構(gòu)，由外至內(nèi)依次為聚乙烯醇層、上電極、聚偏氟乙烯層和下電極；且聚偏氟乙烯層內(nèi)表面設(shè)有沿圓周方向排列的凹槽結(jié)構(gòu)，下電極也呈匹配的凹槽結(jié)構(gòu)并緊貼聚偏氟乙烯層。所述的形狀記憶電卡制冷器可以通過固定件和緊固件與冷端連接。所述的固定件可以為螺釘，所述的緊固件可以為墊片。所述的冷端和熱端可以采用金屬材料制成，優(yōu)選為銅、鋁。所述的端蓋可以采用隔熱塑料制成，優(yōu)選為聚氨酯。所述的絕熱層可以通過膠水粘結(jié)在熱端內(nèi)圈。所述的絕熱層可以采用絕熱材料制成，優(yōu)選為石棉。所述的上電極和下電極可以采用金電極。

使用該裝置的基于形狀記憶驅(qū)動的電卡制冷控制方法是：初始狀態(tài)時形狀記憶電卡制冷器與熱端接觸，在上電極和下電極之間施加直流電壓并一直保持，聚偏氟乙烯層在電場的作用下內(nèi)部極化趨向一致并產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生的熱量通過熱端傳導到外界中；當達到熱平衡時通過端蓋上的進氣孔通入丙酮蒸汽，聚乙烯醇層在丙酮蒸汽的作用下不發(fā)生收縮，聚偏氟乙烯層吸附丙酮蒸汽并收縮，由于聚乙烯醇層和聚偏氟乙烯層的收縮率不同，并且聚偏氟乙烯層具有凹槽結(jié)構(gòu)，使形狀記憶電卡制冷器發(fā)生卷曲并與冷端接觸，此時控制上電極和下電極之間的直流電壓降為零，聚偏氟乙烯層去極化并從冷端吸收熱量，然后通過熱端上的排氣孔將丙酮蒸汽抽出，聚偏氟乙烯層恢復初始形狀，形狀記憶電卡制冷器恢復到與熱端接觸的初始狀態(tài)；不斷重復該過程，從而將熱量的從冷端不斷傳遞到熱端并最終趨于穩(wěn)定，實現(xiàn)形狀記憶電卡制冷。