本發(fā)明涉及制冷裝備技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種電卡制冷裝置。

背景技術(shù)：

壓縮機(jī)制冷技術(shù)至19世紀(jì)由哈里森發(fā)明后，已成為對人類社會影響最大的工程技術(shù)之一，是食品保鮮、家電及醫(yī)療等行業(yè)必不可少的技術(shù)。但是傳統(tǒng)的壓縮機(jī)制冷效率較為低下，通常用性能系數(shù)COP(Coefficients of Performance)僅為3左右，而且使用氟利昂制冷劑會對臭氧層產(chǎn)生破壞，污染環(huán)境。所以發(fā)展新型的節(jié)能環(huán)保的制冷技術(shù)成為當(dāng)前制冷行業(yè)迫切的任務(wù)。

電卡制冷是基于電卡效應(yīng)發(fā)展的新的制冷技術(shù)。電卡效應(yīng)是指介電材料在施加和撤去電場時的等溫熵變或絕熱溫變。具體來說，對電卡元件施加電場，電卡元件中的電偶極子從無序變?yōu)橛行?，電卡元件的熵減小，在絕熱條件下，多余的熵產(chǎn)生溫度的上升；移去電場，電卡元件中的電偶極子從有序變?yōu)闊o序，電卡元件的熵增加，在等溫條件下，電卡元件從外界吸收熱量使能量守恒(或在絕熱條件下，不足的熵導(dǎo)致電卡元件溫度的下降)。電卡制冷是一種固體制冷，無需空氣壓縮機(jī)，其裝置可以更緊湊、更輕且更易集成，且具有節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，不會造成溫室效應(yīng)。

Science雜志(B.Neese,B.Chu,S.G.Lu,Y.Wang,E.Furman,and Q.M.Zhang,Science 321,821-3，2008)在2008年公開的一種1μm厚的鐵電聚合物P(VDF-TrFE)在55℃所獲得的最大電卡溫變?yōu)?2K，熵變?yōu)?5J/(kg·K)。Applied Physics Letter期刊(X.Li,X.S.Qian,S.G.Lu,J.Cheng,Z.Fang,and Q.M.Zhang,Applied Physics Letters 99,052907,2011)也公開了一種具有巨電卡效應(yīng)的鐵電體聚合物(偏二氟乙烯-三氟乙烯)。室溫下，當(dāng)外加電場變化至180MV/m時，電卡聚合物溫度變化ΔT最大為28℃。

盡管電卡制冷效率較高，不使用制冷劑不會造成溫室效應(yīng)。但是，目前基于電卡效應(yīng)的電卡制冷裝置并沒有具體的實(shí)施方式，只停留在器件研發(fā)、電卡效應(yīng)的測試階段，并未有真正意義上的制冷裝置，因此提出一種有實(shí)際操作意義的電卡制冷裝置非常有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)施方便、有實(shí)際操作意義的電卡制冷裝置，以填補(bǔ)電卡制冷裝置的空白。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電卡制冷裝置，包括制冷主體部分，所述制冷主體部分包括至少一組依次堆疊設(shè)置的下充電板、下電卡環(huán)、上電卡環(huán)與上充電板，所述上電卡環(huán)與所述下電卡環(huán)反向旋轉(zhuǎn)接觸；所述上電卡環(huán)上均勻分布有至少一對電卡元件，使用固定設(shè)置的所述上充電板對所述上電卡環(huán)上的電卡元件分別進(jìn)行周期性充放電，使所述上電卡環(huán)上形成熱端和冷端；所述下電卡環(huán)上均勻分布有至少一對電卡元件，使用固定設(shè)置的下充電板對所述下電卡環(huán)上的電卡元件分別進(jìn)行周期性充放電，使所述下電卡環(huán)上形成熱端和冷端；所述下電卡環(huán)上形成的熱端與所述上電卡環(huán)上形成的熱端位置重疊，所述下電卡環(huán)上形成的冷端與所述上電卡環(huán)上形成的冷端位置重疊，所有冷端的冷量通過冷端模塊排出至被制冷空間，所有熱端的熱量通過散熱模塊排出至被制冷空間以外。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)施方便、有實(shí)際操作意義的電卡制冷裝置，與現(xiàn)有根據(jù)機(jī)械式的氣體壓縮循環(huán)原理設(shè)計(jì)的制冷技術(shù)相比較，具有以下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步：1)轉(zhuǎn)換效率更高；2)更環(huán)保；3)尺寸更多樣化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的電卡制冷裝置一實(shí)施例所示結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2A-2C是本發(fā)明所述的電卡元件位置分布示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例所述的上、下電卡環(huán)驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例所述的上(下)充電板結(jié)構(gòu)組成與充放電原理示意圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例所述的導(dǎo)熱介質(zhì)填充位置分布示意圖；

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例所述的多組電卡環(huán)、充電板裝配示意圖；

圖7是本發(fā)明一實(shí)施例所述的熱端、冷端換熱原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的電卡制冷裝置做詳細(xì)說明。其中，在本發(fā)明實(shí)施例中“上”、“下”，“左”、“右”，“逆時針”、“順時針”只是用來表述(但不限于)其位置與運(yùn)動方向，例如：上、下電卡環(huán)也可以為左右堆疊設(shè)置，還可以是傾斜設(shè)置。

參考圖1，本發(fā)明所述的電卡制冷裝置一實(shí)施例所示結(jié)構(gòu)示意圖；所述的電卡制冷裝置包括制冷主體部分2，所述制冷主體部分2包括至少一組依次堆疊設(shè)置的下充電板208、下電卡環(huán)207、上電卡環(huán)206與上充電板204，所述上電卡環(huán)206與所述下電卡環(huán)207反向旋轉(zhuǎn)接觸；例如上電卡環(huán)206逆時針旋轉(zhuǎn)，下電卡環(huán)207順時針旋轉(zhuǎn)。所述上電卡環(huán)206上均勻分布有至少一對電卡元件219，使用固定設(shè)置的所述上充電板204對所述上電卡環(huán)206上的電卡元件219分別進(jìn)行周期性充放電，使所述上電卡環(huán)206上形成熱端和冷端。所述下電卡環(huán)207上均勻分布有至少一對電卡元件219，使用固定設(shè)置的下充電板208對所述下電卡環(huán)207上的電卡元件219分別進(jìn)行周期性充放電，使所述下電卡環(huán)207上形成熱端和冷端；所述下電卡環(huán)207上形成的熱端與所述上電卡環(huán)206上形成的熱端位置重疊，所述下電卡環(huán)207上形成的冷端與所述上電卡環(huán)206上形成的冷端位置重疊；所有冷端的冷量通過冷端模塊217排出至被制冷空間，所有熱端的熱量通過散熱模塊203排出至被制冷空間以外。冷端的冷量可以通過冷端模塊217中的流體介質(zhì)換走，熱端的熱量可以由散熱模塊203中的流體介質(zhì)帶走。

上、下電卡環(huán)旋轉(zhuǎn)方向相反，便于提高冷端、熱端的的溫差。上、下電卡環(huán)相應(yīng)的冷端、熱端疊加實(shí)現(xiàn)熱量和冷量的疊加。上、下電卡環(huán)以及上、下充電板均由隔熱、保溫、絕緣的材料制成，例如可以采用玻璃纖維材料。

優(yōu)選的，上電卡環(huán)206與相鄰的下電卡環(huán)207轉(zhuǎn)速相同。上電卡環(huán)與下電卡環(huán)旋轉(zhuǎn)方向相反、速度相同，便于進(jìn)一步提高冷端、熱端的的溫差。上電卡環(huán)與下電卡環(huán)的轉(zhuǎn)動方式可以為連續(xù)轉(zhuǎn)動，也可以為步進(jìn)轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，所述電卡制冷裝置還包括相配合的上外殼1以及下外殼3，所述上外殼1上分別設(shè)有與所述冷端模塊217和所述散熱模塊203相對應(yīng)的出風(fēng)口101。上外殼1以及下外殼3相配合，將制冷主體部分2包覆在其構(gòu)成的空間內(nèi)，以對制冷主體部分2進(jìn)行保護(hù)。

優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，所述制冷主體部分2還包括上壓板202，所述上壓板202用以壓接所述制冷主體部分2中位于最外層的所述上充電板204或下充電板208。所述制冷主體部分2中最內(nèi)層(本實(shí)施例為最下層)為一下充電板208，該下充電板208還起到支撐作用；當(dāng)最外層本實(shí)施例為最上層為一上充電板204時，該上充電板204上壓接有上壓板202，當(dāng)最上層為一下充電板208時，上壓板202壓接在該下充電板208上，以使下充電板208、下電卡環(huán)207、上電卡環(huán)206與上充電板204彼此之間充分接觸，提高裝置效率。

優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，上充電板204、下充電板208以及上壓板202兩端通過相應(yīng)支撐軸216支撐并固定，冷端模塊217、所述散熱模塊203分別固定在相應(yīng)支撐軸216上。

優(yōu)選的，在本實(shí)施例中，所述電卡制冷裝置還包括一支撐平臺210，用于將電機(jī)209與制冷主體部分2的其它組件分隔開，并作為制冷主體部分2的基臺支撐其上的各組件。

請一并參考圖1以及圖2A-2C，其中，圖2A示出了電卡環(huán)上的2對電卡元件位置分布示意圖，圖2B示出了電卡環(huán)上的3對電卡元件位置分布示意圖，圖2C示出了電卡環(huán)上的6對電卡元件位置分布示意圖。其中，圖2A-2C主要用于示意電卡元件位置分布，省略電卡環(huán)上部分組件特征，例如，作為上電卡環(huán)時，省略了外表面的齒輪外形，作為下電卡環(huán)時，省略了內(nèi)表面的卡接件。所述上電卡環(huán)206包括上卡環(huán)架601及均勻分布在上卡環(huán)架601周向通孔內(nèi)的電卡元件219，上卡環(huán)架601與相應(yīng)電卡元件219在同一平面內(nèi)。所述下電卡環(huán)207包括下卡環(huán)架701及均勻分布在下卡環(huán)架701周向通孔內(nèi)的電卡元件219，下卡環(huán)架701與相應(yīng)電卡元件219在同一水平面內(nèi)。電卡元件成對均勻分布在電卡環(huán)上，確保在同一時間同一電卡環(huán)上，一電卡元件處于充電狀態(tài)、另一電卡元件處于放電狀態(tài)。同一電卡環(huán)上的所有電卡元件彼此絕緣設(shè)置?？ōh(huán)架與相應(yīng)電卡元件在同一水平面內(nèi)，確保電卡環(huán)在旋轉(zhuǎn)時與相應(yīng)充電板的充分接觸。

當(dāng)電卡環(huán)的卡環(huán)架內(nèi)均勻分布有兩對或兩對以上電卡元件時，所有電卡元件分布的幾何中心落在卡環(huán)架質(zhì)心位置。其中，所述上電卡環(huán)206的上卡環(huán)架601上分布的電卡元件219數(shù)量，與所述下電卡環(huán)207的下卡環(huán)架701上的電卡元件219數(shù)量可以相同也可以不相同，只要能分別在相應(yīng)電卡環(huán)上的冷端和熱端放電和充電即可。

請一并參考圖1以及圖3，其中，圖3是本發(fā)明一實(shí)施例所述的上、下電卡環(huán)驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖，圖3主要用于示意上、下電卡環(huán)驅(qū)動方式中的相對位置關(guān)系。所述裝置進(jìn)一步包括電機(jī)209、固接在所述電機(jī)209上的第一齒輪214與第二齒輪213、驅(qū)動軸201、固接在所述驅(qū)動軸201上的驅(qū)動軸齒輪211，其中，所述驅(qū)動軸齒輪(211)與第二齒輪(213)通過中間齒輪(212)傳動。具體的：電機(jī)209轉(zhuǎn)動，帶動第一齒輪214與第二齒輪213轉(zhuǎn)動；第二齒輪213的轉(zhuǎn)動通過中間齒輪212傳動，帶動驅(qū)動軸齒輪211轉(zhuǎn)動；驅(qū)動軸201隨驅(qū)動軸齒輪211轉(zhuǎn)動。外部電源6為電機(jī)209供電，電機(jī)控制裝置9用于調(diào)節(jié)電機(jī)209的功能及性能參數(shù)。所述上電卡環(huán)206、下電卡環(huán)207由一個電機(jī)209帶動若干齒輪驅(qū)動，且上、下相鄰的電卡環(huán)旋轉(zhuǎn)方向相反。

所述上電卡環(huán)206外表面具有齒輪外形，所述上電卡環(huán)206套接在驅(qū)動軸201上，并通過所述上電卡環(huán)206的外周表面的齒輪與固定在電機(jī)209上的第一齒輪214相嚙合，所述上電卡環(huán)206通過所述第一齒輪214傳動從而繞驅(qū)動軸201中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。所述下電卡環(huán)207內(nèi)表面具有一卡接件，所述下電卡環(huán)207通過所述卡接件卡接在所述驅(qū)動軸201上，固定在所述電機(jī)209上的第二齒輪213經(jīng)中間齒輪212傳動至固定在所述驅(qū)動軸201上的驅(qū)動軸齒輪211，從而帶動所述驅(qū)動軸201轉(zhuǎn)動，所述下電卡環(huán)207通過所述驅(qū)動軸201帶動從而隨所述驅(qū)動軸201做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。其中，所述卡接件可以為下電卡環(huán)207內(nèi)表面延伸出的凸起，則驅(qū)動軸201上相應(yīng)開設(shè)有凹槽，下電卡環(huán)207通過凸起卡接在驅(qū)動軸201上的凹槽內(nèi)；所述卡接件也可以為下電卡環(huán)207內(nèi)表面上開設(shè)的凹槽，則驅(qū)動軸201上相應(yīng)延伸有凸起，下電卡環(huán)207通過凹槽卡接在驅(qū)動軸201上的凸起上。

優(yōu)選的，設(shè)定：所述第一齒輪214齒數(shù)為Z1，所述第二齒輪213齒數(shù)為Z2，所述中間齒輪212齒數(shù)為Z3，所述驅(qū)動軸齒輪211齒數(shù)為Z4，所述上電卡環(huán)206外周表面齒輪齒數(shù)為Z5；所有齒輪滿足齒輪模數(shù)相等，并且滿足Z1/Z5＝(Z2/Z3)×(Z3/Z4)。使得所述上電卡環(huán)206與下電卡環(huán)207滿足轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速相同；其中，上、下電卡環(huán)轉(zhuǎn)動方式可以為連續(xù)轉(zhuǎn)動，也可以為步進(jìn)轉(zhuǎn)動。

請一并參考圖1以及圖4，其中，圖4是本發(fā)明一實(shí)施例所述的上下充電板結(jié)構(gòu)組成與充放電原理示意圖。所述上充電板204上與所述上電卡環(huán)206接觸的一面設(shè)有熱端導(dǎo)熱片401、冷端導(dǎo)熱片406、充電正電極402、負(fù)電極403以及放電正電極405；其中，熱端導(dǎo)熱片401、冷端導(dǎo)熱片406、充電正電極402、負(fù)電極403以及放電正電極405可以設(shè)在一支撐板404上。熱端導(dǎo)熱片401與冷端導(dǎo)熱片406相對設(shè)在支撐板404的兩端；充電正電極402與放電正電極405相對設(shè)在熱端導(dǎo)熱片401與冷端導(dǎo)熱片406對稱軸的軸線上，且充電正電極402靠近熱端導(dǎo)熱片401，放電正電極405靠近冷端導(dǎo)熱片406；負(fù)電極403成圓環(huán)形設(shè)在支撐板404上。所述下充電板208上與所述上電卡環(huán)207接觸的一面設(shè)有熱端導(dǎo)熱片801、冷端導(dǎo)熱片806、充電正電極802、負(fù)電極803以及放電正電極805；其中，熱端導(dǎo)熱片801、冷端導(dǎo)熱片806、充電正電極802、負(fù)電極803以及放電正電極805可以設(shè)在一支撐板804上。上述導(dǎo)熱片可以采用熱導(dǎo)率較高的材料做成散熱片結(jié)構(gòu)，保證其換熱表面積。

當(dāng)所述上電卡環(huán)206上的相對應(yīng)的2個電卡元件219分別與充電正電極402以及放電正電極405接觸時，充電正電極402、負(fù)電極403與外部電源6構(gòu)成充電電路對與充電正電極402接觸的電卡元件219進(jìn)行充電，電卡元件219發(fā)熱，熱量通過熱端導(dǎo)熱片401傳遞到所述散熱模塊203；放電正電極405與負(fù)電極403構(gòu)成放電電路對與放電正電極405接觸的電卡元件219進(jìn)行放電，電卡元件219吸熱，冷量通過冷端導(dǎo)熱片406傳遞到所述冷端模塊217。

當(dāng)所述上電卡環(huán)207上的相對應(yīng)的2個電卡元件219分別與充電正電極802以及放電正電極805接觸時，充電正電極802、負(fù)電極803與外部電源6構(gòu)成充電電路對與充電正電極802接觸的電卡元件219進(jìn)行充電，電卡元件219發(fā)熱，熱量通過熱端導(dǎo)熱片801傳遞到所述散熱模塊203；放電正電極805與負(fù)電極803構(gòu)成放電電路對與放電正電極805接觸的電卡元件219進(jìn)行放電，電卡元件219吸熱，冷量通過冷端導(dǎo)熱片806傳遞到所述冷端模塊217。

在本實(shí)施例中，上述充放電電路中引入了限流限壓電阻(充電電阻R1、放電電阻R2)構(gòu)成相應(yīng)RC回路，以對充放電回路進(jìn)行保護(hù)；在其他實(shí)施方式中，充放電電路還可以引入電感構(gòu)成LC振蕩電路進(jìn)行充放電，以利用電感的儲能作用，將放電過程中的電能進(jìn)行儲存，提高電能的利用率。

請一并參考圖1以及圖5，其中，圖5是本發(fā)明一實(shí)施例所述的導(dǎo)熱介質(zhì)填充位置分布示意圖。所述上充電板204與相鄰的上電卡環(huán)206之間、上電卡環(huán)206與相鄰的下電卡環(huán)207之間、下電卡環(huán)207與相鄰的下充電板208之間填充有導(dǎo)熱介質(zhì)215，以提高電卡元件熱量的傳遞效率。在安裝下電卡環(huán)207之前需要在已安裝完的下充電板208上刷涂導(dǎo)熱介質(zhì)215，裝上電卡環(huán)206之前需要在已安裝完的下電卡環(huán)207上刷涂導(dǎo)熱介質(zhì)215，裝上充電板204之前需要在已安裝完的上電卡環(huán)206上刷涂導(dǎo)熱介質(zhì)215，多層則依次類推；導(dǎo)熱介質(zhì)215采用熱導(dǎo)率較高的絕緣材料制成，這可以顯著的提高電卡元件熱量傳遞的效率。

請一并參考圖1以及圖6，其中，圖6是本發(fā)明一實(shí)施例所述的多組電卡環(huán)、充電板裝配示意圖。在本實(shí)施例中，所述制冷主體部分2包括至少一組依次堆疊設(shè)置的下充電板208、下電卡環(huán)207、上電卡環(huán)206、上充電板204、上電卡環(huán)206、下電卡環(huán)207與下充電板208，如此為一個循環(huán)，進(jìn)行多組電卡環(huán)和充電板的疊加組合，實(shí)現(xiàn)熱量和冷量的疊加，提高制冷功率；其中，上電卡環(huán)206與相鄰的下電卡環(huán)207反向旋轉(zhuǎn)接觸。圖中箭頭示意相應(yīng)組件的旋轉(zhuǎn)方向。

請一并參考圖1以及圖7，其中，圖7是本發(fā)明一實(shí)施例所述的熱端、冷端換熱原理示意圖，圖中所示箭頭示意相應(yīng)導(dǎo)熱片所傳到的熱量的來源。所有冷端的冷量經(jīng)隔熱板218與外界隔離并收集后通過所述冷端模塊217排出至被制冷空間，以施加到熱負(fù)載上進(jìn)行降溫；所有熱端的熱量經(jīng)導(dǎo)熱板205傳遞至所述散熱模塊203后，通過所述散熱模塊203排出至被制冷空間以外。其中，所述隔熱板218可以由隔熱、保溫、絕緣的材料制成；所述導(dǎo)熱板205采用熱導(dǎo)率較高的材料制成。

其中，所述散熱裝置203以及冷端裝置217可以均為熱交換器，熱端熱量、冷端冷量均通過熱交換器帶走。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。