[發明專利]一種基于壓熱效應的室溫壓卡制冷機

在審

• 申請號: 202110889207.9
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113587489A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李昺;宋睿琪;張志東
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00;F25B49/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種基于壓熱效應的室溫壓卡制冷機，屬于制冷機技術領域。該制冷機包括高精密高壓電動注射泵、壓卡元件、換熱流體、冷端換熱器和熱端換熱器，通過壓卡工質在高壓注射泵的作用下會由于相變產生加壓放熱和卸壓吸熱現象，所述的換熱流體在壓卡制冷工質間往復流動而云再出熱量和冷量。本發明中的高精密高壓電動注射泵為壓卡制冷循環提供壓力，壓力恒定輸出。加壓形式為液體壓力，很好的改善了機械壓力傳遞不均勻的缺陷，加壓用油同時作為換熱流體，與樣品直接接觸，將壓力驅動的熱量與冷量直接帶入熱端、冷端換熱器中完成循環，減小了熱量的損耗。

技術領域

本發明涉及制冷機技術領域，具體涉及一種基于壓熱效應的室溫壓卡制冷機。

背景技術

現代社會，制冷技術已經滲透到各生產技術及科學領域中，然而當前大量使用的傳統氣體壓縮技術采用的常見制冷劑如氯氟碳化物(CFC)、氫氯氟碳化物(HCFC)都對臭氧層有不同程度的破壞作用，不符合當前大環境環保、綠色、節能的健康理念。

在此背景下，發展和研究環境友好型的制冷技術成為制冷技術革新的重要研究方向。目前有新型固態研究制冷技術在研發階段，因具有零溫室效應潛能(GWP)的優勢，被認為是最有可能取代傳統氣體壓縮的制冷方式之一。其中固態制冷技術原理基于不同的熱效應可分為如下：磁熱效應、電熱效應、彈熱效應以及壓熱效應。固態相變制冷材料的性能與液態制冷劑相比存在巨大差距，成為限制該技術走向應用的瓶頸之一。

壓卡制冷效應是在材料的選擇上更為廣泛，且近期有科學家發現在塑晶材料中其最高等溫熵變可以達到687J kg^-1K^-1，相比傳統固態制冷材料高出一個數量級，與傳統商業用液體制冷劑接近，驅動條件便于實現，材料易獲得且價格低廉，便于實現應用。在該技術中，對塑晶材料施加壓力或去除壓力場時，材料會由于相的改變而產生吸熱或放熱現象，從而通過與負載進行熱量交換而完成制冷或制熱效應，該過程被稱為壓熱效應。壓熱效應的熱力學循環過程與逆卡諾循環一致。基于上述在室溫條件下具有較高等溫熵變的材料的產生，需要開發相應的制冷設備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于壓熱效應的室溫壓卡制冷機，該制冷機是基于上述壓卡熱效應原理，利用對壓卡材料加壓后吸熱升溫、卸壓降溫放熱的特點，在室溫環境下，利用高精密高壓注射泵為材料提供對應的相變壓力條件，便可以在系統內獲得冷量與熱量，并利用流體在系統中貫穿循環將熱量帶到高溫熱源端，將冷量帶到冷端負載端，完成整個制冷循環。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于壓熱效應的室溫壓卡制冷機，包括高精密高壓電動注射泵、壓卡元件、換熱流體、冷端換熱器和熱端換熱器；其中：

壓卡元件：為具有圓柱狀腔體的筒體結構，腔體內裝有固態制冷工質，該筒狀結構的側壁上部設有熱端出液管和冷端出液管，側壁下部設有熱端進液管和冷端進液管，側壁中部設有進油口；其中：熱端出液管、冷端出液管、熱端進液管和冷端進液管上均設有壓力控制閥；

高精密高壓電動注射泵：用于為壓卡元件提供恒定壓力；該注射泵上端的注油管與壓卡元件中的進油口相連接，用于向壓卡元件的腔體內注射加壓用油，該加壓用油同時作為換熱流體，與固態制冷工質直接接觸；

熱端換熱器：壓卡元件的熱端出液管與熱端換熱器的進液口相連接，熱端換熱器的出液口與壓卡元件的熱端進液管相連接，從而形成熱交換回路；

冷端換熱器：壓卡元件的冷端出液管與冷端換熱器的進液口相連接，冷端換熱器的出液口與壓卡元件的冷端進液管相連接，從而形成熱交換回路。

所述固態制冷工質為碳硼烷材料、NaPF₆、KPF₆、NaSbF₆或KSbF₆，所述固態制冷工質的工作溫度為室溫，施加的驅動壓力為0.1MPa～400MPa。所述換熱流體為抗磨液壓油。