[发明专利]一种基于压热效应的室温压卡制冷机

说明书

本发明公开了一种基于压热效应的室温压卡制冷机，属于制冷机技术领域。该制冷机包括高精密高压电动注射泵、压卡元件、换热流体、冷端换热器和热端换热器，通过压卡工质在高压注射泵的作用下会由于相变产生加压放热和卸压吸热现象，所述的换热流体在压卡制冷工质间往复流动而云再出热量和冷量。本发明中的高精密高压电动注射泵为压卡制冷循环提供压力，压力恒定输出。加压形式为液体压力，很好的改善了机械压力传递不均匀的缺陷，加压用油同时作为换热流体，与样品直接接触，将压力驱动的热量与冷量直接带入热端、冷端换热器中完成循环，减小了热量的损耗。

技术领域

本发明涉及制冷机技术领域，具体涉及一种基于压热效应的室温压卡制冷机。

背景技术

现代社会，制冷技术已经渗透到各生产技术及科学领域中，然而当前大量使用的传统气体压缩技术采用的常见制冷剂如氯氟碳化物(CFC)、氢氯氟碳化物(HCFC)都对臭氧层有不同程度的破坏作用，不符合当前大环境环保、绿色、节能的健康理念。

在此背景下，发展和研究环境友好型的制冷技术成为制冷技术革新的重要研究方向。目前有新型固态研究制冷技术在研发阶段，因具有零温室效应潜能(GWP)的优势，被认为是最有可能取代传统气体压缩的制冷方式之一。其中固态制冷技术原理基于不同的热效应可分为如下：磁热效应、电热效应、弹热效应以及压热效应。固态相变制冷材料的性能与液态制冷剂相比存在巨大差距，成为限制该技术走向应用的瓶颈之一。

压卡制冷效应是在材料的选择上更为广泛，且近期有科学家发现在塑晶材料中其最高等温熵变可以达到687J kg^-1K^-1，相比传统固态制冷材料高出一个数量级，与传统商业用液体制冷剂接近，驱动条件便于实现，材料易获得且价格低廉，便于实现应用。在该技术中，对塑晶材料施加压力或去除压力场时，材料会由于相的改变而产生吸热或放热现象，从而通过与负载进行热量交换而完成制冷或制热效应，该过程被称为压热效应。压热效应的热力学循环过程与逆卡诺循环一致。基于上述在室温条件下具有较高等温熵变的材料的产生，需要开发相应的制冷设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压热效应的室温压卡制冷机，该制冷机是基于上述压卡热效应原理，利用对压卡材料加压后吸热升温、卸压降温放热的特点，在室温环境下，利用高精密高压注射泵为材料提供对应的相变压力条件，便可以在系统内获得冷量与热量，并利用流体在系统中贯穿循环将热量带到高温热源端，将冷量带到冷端负载端，完成整个制冷循环。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于压热效应的室温压卡制冷机，包括高精密高压电动注射泵、压卡元件、换热流体、冷端换热器和热端换热器；其中：

压卡元件：为具有圆柱状腔体的筒体结构，腔体内装有固态制冷工质，该筒状结构的侧壁上部设有热端出液管和冷端出液管，侧壁下部设有热端进液管和冷端进液管，侧壁中部设有进油口；其中：热端出液管、冷端出液管、热端进液管和冷端进液管上均设有压力控制阀；

高精密高压电动注射泵：用于为压卡元件提供恒定压力；该注射泵上端的注油管与压卡元件中的进油口相连接，用于向压卡元件的腔体内注射加压用油，该加压用油同时作为换热流体，与固态制冷工质直接接触；

热端换热器：压卡元件的热端出液管与热端换热器的进液口相连接，热端换热器的出液口与压卡元件的热端进液管相连接，从而形成热交换回路；

冷端换热器：压卡元件的冷端出液管与冷端换热器的进液口相连接，冷端换热器的出液口与压卡元件的冷端进液管相连接，从而形成热交换回路。

所述固态制冷工质为碳硼烷材料、NaPF₆、KPF₆、NaSbF₆或KSbF₆，所述固态制冷工质的工作温度为室温，施加的驱动压力为0.1MPa～400MPa。所述换热流体为抗磨液压油。