CN113915791A - 一种连续电热制冷装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续性电热制冷装置，包括连续移动载体、若干电热材料、至少一个电极、至少一个散热模块和至少一个吸热模块；电热材料均匀的设置于连续移动载体上，连续移动载体呈持续稳定的移动状态；电极设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，用于施加电场；散热模块设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，并位于电极的后方；吸热模块设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，并位于电极的后方；电极、散热模块和吸热模块三个一组，形成制冷单元；散热模块所对应的空间和吸热模块所对应的空间在物理空间上隔绝并隔热设置。该连续性电热制冷装置具有结构简单、容易扩展、实现连续性、周期性制冷、可操作性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及但热制冷技术领域，具体的说，涉及了一种连续性电热制冷装置。
背景技术
电热效应是指当对电热材料施加电场时，在电场的作用下，材料内部偶极子发生极化，在绝热条件下，引起温度升高；当对电热材料撤去电场时，内部偶极子恢复原来的状态，在绝热条件下，引起温度降低。
由此衍生出了一种利用电热效应制冷的技术，简称为电热制冷技术。
由于其制冷效率和冷却能力出众，尺寸也更小，是替代传统制冷方式的优秀方案，目前，已经有应用于电冰箱的电热制冷技术，除此之外，还可以用于冰酒器、计算机冷却、局部气候调控、医疗应用以及电动汽车领域等。
但是，目前该原理尚处于理论阶段，各种各样的应用形式被提出，旨在提升制冷效率、提升制冷能力的稳定性和循环性，并控制功耗，行业基本上处于摸索状态。
如申请号为CN201810507399.0、CN201810508322.5和CN201810508321.0，发明名称分别为：一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置、一种基于电热效应的两相流制冷装置和一种基于电热效应和场协同理论的制冷装置的技术方案，分别提出了利用气液相变、两相流和场协同理论的制冷装置，其共同的特点是媒介采用流体，流体在微型或小型场景中应用是合适和方便的，在尺寸增大后，由于流体流动的稳定性控制难度过高，流体的表面张力有限，导致上述方案的应用范围受限。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种结构简单、容易扩展、实现连续性、周期性制冷、可操作性强的连续性电热制冷装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种连续性电热制冷装置，包括连续移动载体、若干电热材料、至少一组电极、至少一个散热模块和至少一个吸热模块；
所述电热材料均匀的设置于连续移动载体上，所述连续移动载体呈持续稳定的移动状态；
所述电极设置于连续移动载体的两侧，用于对连续移动载体上的电热材料施加电场，所述电场的影响范围至散热模块的散热区域；
所述散热模块设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，并位于沿连续移动载体运动方向上的电极的后方；
所述吸热模块设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，并位于沿连续移动载体运动方向上的散热模块的后方，所述吸热模块的吸热区域无电场；
所述电极、散热模块和吸热模块三个一组，形成制冷单元；
所述散热模块所对应的空间和吸热模块所对应的空间在物理空间上隔绝并隔热设置。
基上所述，所述连续移动载体为带状的运动体，所述制冷单元沿运动体的运动路径分布。
基上所述，所述连续移动载体为回转皮带式结构，包括两个皮带轮和一条回转皮带。
基上所述，所述制冷单元分布在回转皮带的直线行走区域。
基上所述，所述回转皮带上等间距的设置若干嵌槽，所述电热材料填装在所述嵌槽中。
基上所述，所述电极和散热模块为一体结构。
基上所述，所述电极和散热模块为导电体，如金属导体或石墨导体。
基上所述，所述吸热模块为热导体。
基上所述，所述散热模块和吸热模块设置于回转皮带的相同侧或不同侧。
基上所述，所述电热材料的两侧设置有光滑的导热导电耐磨镀层，如碳化硅类的镀膜层。
基上所述，所述电热材料与制冷单元接触面间设置导热导电的液膜。
基上所述，所述散热模块所对应的空间为热通道，所述吸热模块所对应的空间为冷通道，热通道和冷通道内有流动的载热体。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明设计一个连续的移动体，在其上设置电热材料，然后沿移动体的移动路径设计若干制冷单元，制冷单元中的电极对电热材料施加电场，使电热材料内部电畴极化并升温，升温后的电热材料移动至散热模块处，经散热模块作用将热量传走并降温，降温后的电热材料继续移动至吸热模块处，由于吸热模块处无电场，电热材料非极化，此时电热材料降温，通过吸热模块将环境中的热量吸走，实现制冷，由于采用的是非流体结构，该装置的尺寸限制更小，适应性更强，实现手段相对容易，也方便扩展，可实现连续性、周期性制冷，可操作性大幅提升。
进一步的，为了方便控制，连续移动体设计为带状，优化为传动带形式，可持续的回转运动，增强周期性。
进一步的， 电热材料呈等间距的设置在回转皮带上，与制冷单元的位置关系匹配，形成若干个环节，方便扩展，提高可操作性。
进一步的，电极和散热模块可设计为一体结构，散热过程仍在施加电场的影响下，避免电热材料在散热模块处非极化吸热，也避免了单独向散热模块加载电流。
进一步的，吸热模块和散热模块设计在回转皮带的相同侧或不同侧，可以更方便设计散热通道和吸热通道，与外部环境导通。
附图说明
图1是本发明中连续性电热制冷装置的工作原理图。
图2是本发明中连续性电热制冷装置的简易结构 原理图。
图3 是本发明中100MV/m电场强度作用下电热材料、吸热模块、散热模块随时间的温度的变化图。
图4是本发明中电场强度对最大温度跨度的影响关系图。
图5是本发明中温度跨度对制冷功率密度的影响关系图。
图中：1.回转皮带；2.电热材料；3.电极；4.散热模块；5.吸热模块；6.皮带轮；7.热通道；8.冷通道。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种连续性电热制冷装置，包括连续移动载体、若干电热材料2、至少一组电极3、至少一个散热模块4和至少一个吸热模块5，本实施例中，连续移动载体设计为回转皮带形式，带有一个回转皮带1和一组皮带轮6。
所述电热材料2均匀的等间距的嵌装于回转皮带1上，所述回转皮带1呈持续稳定的回转移动状态。
所述电极3设置于回转皮带1直线段的上侧，用于对回转皮带1上的电热材料施加电场，所述散热模块4设置于回转皮带1的上侧，为节省结构，将电极3和散热模块4设计为一体结构，使用金属铜或其它导电体，导电体还需具备良好的散热能力，使得电场的影响范围至散热模块的散热区域。
所述吸热模块5设置于回转皮带1直线段的下侧，并位于沿回转皮带运动方向上的散热模块4的后方，所述吸热模块5的吸热区域无电场，吸热模块5采用热传导能力强的材料，也可以采用金属材料。
所述电极3、散热模块4和吸热模块5三个一组，形成制冷单元，在回转皮带1的直线段，可以设置多组制冷单元，以增强制冷效率，也便于扩展应用。
所述散热模块4所对应的空间和吸热模块5所对应的空间在物理空间上隔绝并隔热设置，本实施例中，将散热模块4的背面设计一条热通道7，在吸热模块5的背面设计一条冷通道8，多个制冷单元的热通道7相互连通、冷通道8相互连通，以实现某一单独场景下的散热和制冷，热通道和冷通道中填充载热体，可以是气体、液体或流动的固体。
其它实施例中，所述散热模块和吸热模块设置于回转皮带的相同侧，热通道和冷通道的设计对于空间的要求更高，尤其是彼此之间的隔热能力要求更高。
所述电热材料的两侧设置有光滑的导热导电耐磨镀层，如碳化硅一类的镀层，或在电热材料与制冷单元接触面间增加导热导电的液膜，可实现电热材料运动过程的顺滑，且不影响电热材料自身发挥功能。
工作原理：
工作时，回转皮带在直线段单向移动，电热材料顺次通过电极、散热模块和吸热模块，在电极和散热模块加载高压直流电，实际使用时，二者可以结合在一起。根据电热制冷原理，此时，电热材料在电场作用下，内部电畴极化，电热材料将升温；升温后的电热材料继续移动与散热模块接触，并将热量传递给散热模块后降温；降温后的电热材料继续移动至吸热模块，吸热模块没有电场，当电场撤去后，电热材料将非极化，此时电热材料将降温，通过吸热模块吸收环境热量，实现制冷，如此形成周期性制冷。
该装置具有可操作性强、易扩展、连续性制冷等特点。
方案可通过控制回转皮带的移动速度协调控制通断电时间、吸热放热时间等具体参数，进行制冷参数的调节。
对上述方案进行模拟，模拟参数设置：施加电场时间为0.1s，镶嵌有电热材料的皮带轮运动速度为6mm/s，每段电热材料长度设置为1mm，宽度为0.3mm,厚度为0.1mm，冷热端长度为1mm，宽度为0.3mm，厚度为0.2mm，冷热端间隔为2mm。
如图3所示，展示了100MV/m电场强度作用下，不考虑制冷功率的情况下，电热材料、吸热模块、散热模块随时间的温度变化。
图3反应了装置启动后达到平衡的变化。由图可见，启动5秒，经历了5个循环后，装置达到平衡，实现冷量稳定输出。
吸热模块和散热模块的温度差称为温度跨度。如图4所示，温度跨度随着电场强度增加基本成线性增加。在模拟范围内，电场强度达到160MV/m时，温度跨度达到了16.48K。
如图5所示，在160MV/m电场强度作用下，热端设置为301.15K（28℃），装置的制冷功率。
从图中可以发现，温度跨度对制冷功率影响明显，随着冷端温度降低（温度跨度增加），制冷功率下降。在冷端温度为298.15K（25℃）时，温度跨度为3℃，制冷功率达到了5.65W/cm2。但是当温度跨度增加到13℃时，制冷功率降低到0.5W/cm2。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种连续性电热制冷装置，其特征在于：包括连续移动载体、若干电热材料、至少一组电极、至少一个散热模块和至少一个吸热模块；
所述电热材料均匀的设置于连续移动载体上，所述连续移动载体呈持续稳定的移动状态；
所述电极设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，用于对连续移动载体上的电热材料施加电场，所述电场的影响范围至散热模块的散热区域；
所述散热模块设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，并位于沿连续移动载体运动方向上的电极的后方；
所述吸热模块设置于连续移动载体的其中一侧或两侧，并位于沿连续移动载体运动方向上的散热模块的后方，所述吸热模块的吸热区域无电场；
所述电极、散热模块和吸热模块三个一组，形成制冷单元；
所述散热模块所对应的空间和吸热模块所对应的空间在物理空间上隔绝并隔热设置。
2.根据权利要求1所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述连续移动载体为带状的运动体，所述制冷单元沿运动体的运动路径分布。
3.根据权利要求2所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述连续移动载体为回转皮带式结构，包括两个皮带轮和一条回转皮带，所述散热模块和吸热模块设置于回转皮带的相同侧或不同侧。
4.根据权利要求3所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述制冷单元分布在回转皮带的直线行走区域。
5.根据权利要求1-4任一项所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述回转皮带上等间距的设置若干嵌槽，所述电热材料填装在所述嵌槽中。
6.根据权利要求5所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述电极和散热模块为一体结构。
7.根据权利要求6所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述电极和散热模块为导电体，所述吸热模块为热导体。
8.根据权利要求1或2或3或4或6或7所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述电热材料的两侧设置有光滑的导热导电耐磨镀层。
9.根据权利要求8所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述电热材料与制冷单元接触面间设置导热导电的液膜。
10.根据权利要求9所述的连续性电热制冷装置，其特征在于：所述散热模块所对应的空间为热通道，所述吸热模块所对应的空间为冷通道，热通道和冷通道内有流动的载热体。
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