[發明專利]基于固態相變壓卡效應的制冷元件和固態制冷系統

在審

• 申請號: 202111176020.0
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113776227A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 李昺;宋睿琪;張志東;張哲
• 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
• 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固態相變壓卡效應的制冷元件和固態制冷系統，屬于制冷技術領域。該制冷元件包括圓柱形腔體，圓柱形腔體內部可以設置垂直型樣品分隔架、多層圓環型樣品分隔架或多層方型樣品分隔架。樣品分隔架可以將壓卡材料有序的固定于腔體內部，當加壓裝置經輸油口向圓柱形腔體中輸入抗磨壓油為整個腔體提供壓力時，高壓使得壓卡材料發生相變釋放出熱量，由抗磨壓油攜帶熱量通向熱端換熱器；接著由高壓電動注射泵經輸油口為圓柱形腔體內卸壓，壓熱材料卸壓后發生相變吸收熱量由抗磨壓油攜帶冷量通向冷端換熱器。反復對制冷元件內的壓卡材料進行加壓、卸壓操作，從而實現連續的制冷過程。

技術領域

本發明屬于制冷技術領域，具體涉及一種基于固態相變壓卡效應的制冷元件和固態制冷系統。

背景技術

在傳統制冷領域中，氣體壓縮制冷技術一直占據主導地位。而傳統制冷技術中使用的制冷工質全氟化碳和氫氟碳化物皆為超溫室效應氣體，顯然不利于我國對“碳中和”目標的持續推進。固態制冷技術具有低能耗、低噪音和綠色環保等優點，一直是新型制冷技術中的研究重點。固態制冷技術原理主要基于固態材料的磁熱效應、電熱效應、彈熱效應以及壓熱效應當中的一種或多種。其中，壓熱效應以其材料的優異性和應力場的施加成本低廉便捷等優勢更易于在實際應用中推展。

壓熱效應制冷原理是指對具有相變過程的材料施加壓力，壓力能有效驅動材料發生相變，使其從負載吸收熱量達到制冷的目的。整個制冷過程中，壓力是主要驅動因素，也是制冷循環中的關鍵點。在以壓熱效應為原理的制冷機中，壓力驅動材料相變的制冷元件部分是銜接冷端和熱端的橋梁，在整個熱量傳導過程中起主導部分。制冷工質、傳壓介質以及加壓卸壓可逆性是決定壓熱效應制冷元件能否有效驅動固態相變制冷的核心問題。為此，本發明就壓熱效應設計提供一種基于壓熱效應的制冷元件，適用于以壓熱效應為原理的固態制冷系統中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于固態相變壓卡效應的制冷元件和固態制冷系統，熱效應是指通過對具有相變過程的材料施加壓力，材料在壓力驅動下發生相變，產生了吸熱或放熱的熱效應。在本發明中，壓卡制冷元件即利用該原理，使得放置在其內部的材料在外界的壓力驅動下發生相變使其從負載吸收熱量達到制冷的目的。

在本申請中，壓力調節方式為通過加壓設備對壓卡元件內部進行加壓以及卸壓的壓力控制。

在該制冷元件中樣品分隔架可以將諸如球形的壓卡材料固定于腔體內部，將其按照需求分別排布成要求的陣列結構，或直接堆積在腔體底部。其所使用的壓卡材料具有可以由壓力驅動相變的特點，在高壓下升溫放熱，卸壓時降溫吸熱，將該制冷元件連接至壓卡制冷系統內可以由抗磨液壓油將相變產生的熱量及冷量運輸至整個系統內，反復對制冷元件內的壓卡材料進行加壓、卸壓操作，從而實現連續的制冷過程。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：