一种旋转式电卡制冷装置的制作方法

本发明涉及制冷装备技术领域，具体的是涉及一种旋转式电卡制冷装置。

背景技术：

现有的制冷技术是根据机械式的气体压缩循环原理设计的，但其存在效率低、能耗高、设备笨重限制应用范围的缺陷，且使用氟利昂制冷剂会对臭氧层产生破坏，污染环境。

电卡制冷是基于电卡效应发展的新的制冷技术。电卡效应是指介电材料在施加和撤去电场时的等温熵变或绝热温变。具体来说，对电卡元件施加电场，电卡元件中的电偶极子从无序变为有序，电卡元件的熵减小，在绝热条件下，多余的熵产生温度的上升；移去电场，电卡元件中的电偶极子从有序变为无序，电卡元件的熵增加，在等温条件下，电卡元件从外界吸收热量使能量守恒(或在绝热条件下，不足的熵导致电卡元件温度的下降)。

电卡制冷是一种固体制冷，固体电卡制冷技术的应用将是传统制冷行业的革命性突破。电卡制冷技术的优势有：1、节能：制冷效率至少提高一倍，能耗至少降低50％；2、环保：由于取消了传统气体式压缩循环技术，没有任何温室效应；3、小巧精密的尺寸提高了应用范围。

尽管电卡制冷效率较高，不使用制冷剂不会造成温室效应。但是，目前基于电卡效应的电卡制冷装置并没有具体的实施方式，只停留在器件研发、电卡效应的测试阶段，并未有真正意义上的制冷装置，因此提出一种有实际操作意义的电卡制冷装置非常有必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种结构简单、实施方便、有实际操作意义的旋转式电卡制冷装置，以填补电卡制冷装置的空白。

为了实现上述目的，本发明提供了一种旋转式电卡制冷装置，所述装置包括依次堆叠设置的第一通电盘、第一电卡环、换热盘、第二电卡环、第二通电盘，所述第一电卡环与所述第二电卡环反向旋转接触，所述第一通电盘、所述第二通电盘以及所述换热盘固定设置；所述第一电卡环上均匀分布有至少一对第一电卡元件，使用所述第一通电盘对一对所述第一电卡元件分别进行周期性充放电，使所述第一电卡环上分别形成热端和冷端；所述第二电卡环上均匀分布有至少一对第二电卡元件，使用所述第二通电盘对一对所述第二电卡元件分别进行周期性充放电，使所述第二电卡环上分别形成热端和冷端；所述第二电卡环上形成的热端与所述第一电卡环上形成的热端位置重叠，所述第二电卡环上形成的冷端与所述第一电卡环上形成的冷端位置重叠；所述换热盘上与所述热端位置相对应的一端设有热端导热片，与所述冷端位置相对应的一端设有冷端导热片；所有冷端的冷量经保温隔热通过所述冷端导热片收集后通过制冷模块排出至制冷空间，所有热端的热量通过所述热端导热片收集后通过散热模块排出至制冷空间以外。

本发明的优点在于：提供了一种结构简单、实施方便、有实际操作意义的旋转式电卡制冷装置，与现有根据机械式的气体压缩循环原理设计的制冷技术相比较，具有以下实质性特点和进步：1)转换效率更高；2)更环保；3)尺寸更多样化。

附图说明

图1，本发明所述的旋转式电卡制冷装置第一实施例的结构示意图；

图2为图1所示本发明第一实施例中第一电卡环结构示意图；

图3为图1所示本发明第一实施例中第二电卡环结构示意图；

图4A-4B为图1所示本发明第一实施例中通电盘结构及原理示意图；

图5，为图1所示本发明第一实施例中换热盘结构示意图；

图6A-6B，本发明所述的换热盘与相应的电卡环之间绝缘设置方式示意图；

图7，本发明一实施例中散热模块和制冷模块原理示意图；

图8，本发明所述的旋转式电卡制冷装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的旋转式电卡制冷装置做详细说明。其中，在本发明实施例中“上”、“下”，“左”、“右”，“逆时针”、“顺时针”只是用来表述(但不限于)其位置与运动方向，例如：第一电卡环与第二电卡环也可以为左右堆叠设置，还可以是倾斜设置。

参考图1，本发明所述的旋转式电卡制冷装置第一实施例的结构示意图；所述的旋转式电卡制冷装置包括依次堆叠设置的第一通电盘105、第一电卡环106、换热盘107、第二电卡环108、第二通电盘109，所述第一电卡环106与所述第二电卡环108反向旋转接触，所述第一通电盘105、所述第二通电盘109以及所述换热盘107固定设置。依次堆叠设置的第一通电盘105、第一电卡环106、换热盘107、第二电卡环108、第二通电盘109为一组，本发明可以包括多组这样的组合。

所述第一电卡环106与所述第二电卡环108反向旋转；例如第一电卡环106逆时针旋转，第二电卡环108顺时针旋转。所述第一电卡环106上均匀分布有至少一对第一电卡元件203，使用所述第一通电盘105对一对第一电卡元件203分别进行周期性充放电，使所述第一电卡环106上分别形成热端和冷端。

所述第二电卡环108上均匀分布有至少一对第二电卡元件303，使用所述第二通电盘109对一对第二电卡元件303分别进行周期性充放电，使所述第二电卡环108上分别形成热端和冷端。所述第二电卡环108上形成的热端与所述第一电卡环106上形成的热端位置重叠，所述第二电卡环108上形成的冷端与所述第一电卡环106上形成的冷端位置重叠。

所述换热盘107上与所述热端位置相对应的一端设有热端导热片501，与所述冷端位置相对应的一端设有冷端导热片503。所有冷端的冷量经保温隔热通过所述冷端导热片503收集后通过制冷模块排出至制冷空间，所有热端的热量通过所述热端导热片501收集后通过散热模块排出至制冷空间以外。

第一、第二电卡环旋转方向相反，便于提高冷端、热端的的温差。第一、第二电卡环相应的冷端、热端叠加实现热量和冷量的叠加。第一、第二电卡环以及第一、第二通电盘均由隔热、保温、绝缘的材料制成，例如可以采用玻璃纤维材料。

优选的，第一电卡环106与第二电卡环108转速相同。第一、第二电卡环旋转方向相反、速度相同，便于进一步提高冷端、热端的的温差。第一、第二电卡环的转动方式可以为连续转动，也可以为步进转动。

请一并参考图1以及图2-图3，其中，图2为图1所示本发明第一实施例中第一电卡环结构示意图，图3为图1所示本发明第一实施例中第二电卡环结构示意图。

所述第一电卡环6包括第一电卡环架201以及至少一对第一电卡元件203；每一第一电卡元件203对应设有正电极202以及负电极204。本实施例中，所述第一电卡环架201外表面具有圆形特征、内表面具有一卡接件207，其上均匀分布有2对第一电卡元件203。本实施例中，所述卡接件207为第一电卡环架201内表面上开设的凹槽，以与相应的传动机构上的凸起相卡接，从而随传动机构旋转。所述卡接件207也可以为第一电卡环架201内表面延伸出的凸起，以与相应的传动机构上的凹槽相卡接，从而随传动机构旋转。

所述第一电卡环108包括第二电卡环架301以及至少一对第二电卡元件303；每一第二电卡元件303对应设有正电极302以及负电极304。本实施例中，所述第二电卡环架301外表面具有齿轮外形，其上均匀分布有2对第二电卡元件303。所述第二电卡108通过外表面的齿轮与传动机构的相应齿轮啮合，从而在传动机构的带动下旋转。

可选地，所有电卡元件固定在相应电卡环上，电卡元件与相应电卡环架连接方式为锡焊接。与电卡元件对应的正负电极为内嵌在相应的电卡环架上的金属弹片。优选地，金属弹片材质为铜、银及铜、银的合金，金属弹片与电卡环架连接方式，可以是焊接或者铆接，

可选地，第一、第二电卡环上均匀分布有两对或两对以上电卡元件，同一电卡环上的所有电卡元件彼此绝缘设置。电卡元件成对均匀分布在相应电卡环上，确保在同一时间同一电卡环上，一电卡元件处于充电状态、另一电卡元件处于放电状态。所述第一电卡环6上分布的第一电卡元件203数量，与所述第二电卡环108上分布的第二电卡元件303数量可以相同也可以不相同，只要能分别在相应电卡环上的冷端和热端放电和充电即可。

请一并参考图1以及图4A-4B，其中，图4A-4B为图1所示本发明第一实施例中通电盘结构及原理示意图。第一通电盘105与第二通电盘109结构相同，均包括通电盘架401，与相应电卡环接触的一面设有充电正电极402、充电负电极403、放电正电极405以及放电负电极404。其中，充电正电极402、充电负电极403、放电正电极405以及放电负电极404为嵌入在相应通电盘架401上的金属薄片；金属薄片材质可以为导电性能优良的铜或铜合金。

以第一通电盘105的工作为例，当第一电卡环106上的相对应的2个第一电卡元件203旋转至充电放电位时，相对应的2个第一电卡元件203中的其中一个第一电卡元件203的正电极202与所述第一通电盘105上的充电正电极402接触，负电极204与所述第一通电盘105上的充电负电极403接触；另一个第一电卡元件203的正电极202与所述第一通电盘105上的放电正电极405接触，负电极204与所述第一通电盘105上的放电负电极404接触。充电正电极402(正电极202)、充电负电极403(204)与外部电源16组成充电电路对与充电正电极402接触的第一电卡元件203进行充电，对应的第一电卡元件203放出热量，热量传递到热端导热片501；与此同时，放电正电极405(202)与放电负电极404(204)组成放电电路对与放电正电极405接触的第一电卡元件203进行放电，对应的第一电卡元件203吸收热量，冷量传递到所述冷端导热片503。

可选地，第一、第二通电盘上的充放电正负电极的固定方式可以为胶黏、螺纹连接、铆接以及使用覆铜电路板蚀刻工艺等。

在本实施例中，上述充放电电路中引入了限流限压电阻(充电电阻R1、放电电阻R2)构成相应RC回路，以对充放电回路进行保护；在其他实施方式中，充放电电路还可以引入电感构成LC振荡电路进行充放电，以利用电感的储能作用，将放电过程中的电能进行储存，提高电能的利用率。

请一并参考图1以及图5，其中，图5为图1所示本发明第一实施例中换热盘结构示意图。所述换热盘107上与所述热端位置相对应的一端设有热端导热片501，与所述冷端位置相对应的一端设有冷端导热片503；热端导热片501与冷端导热片503均设置在换热盘架502上。热端导热片501、冷端导热片503与换热盘架502的连接方式为粘结、铆接或是将热端导热片501、冷端导热片503与换热盘架502整体注塑。

请一并参考图1以及图6A-6B，其中，图6A-6B为本发明所述的换热盘与相应的电卡环之间绝缘设置方式示意图。由于电卡环上的电卡元件端面为金属电极，因此在第一电卡环106和第二电卡环108上对应的第一电卡元件203与第二电卡元件303重叠形成冷端、热端时，由于换热盘107中热端导热片501和冷端导热片503的影响，可能会造成相应电卡元件的短路，有一定的隐患。因此，可以在所述换热盘107与所述第一电卡环106之间以及与所述第二电卡环108之间均设有导热电绝缘层19。如图6A所示，在换热盘107与第一电卡环106上相对的两个第一电卡元件203接触的热端导热片501和冷端导热片503端面上刷涂导热率高且电绝缘的涂料作为导热电绝缘层，在换热盘107与第二电卡环108上相对的两个第二电卡元件303接触的热端导热片501和冷端导热片503导热电绝缘层上刷涂导热率高且电绝缘的涂料作为导热电绝缘层；既可以防止短路，又提高热量的传递效率。如图6B所示，将热端导热片501和冷端导热片503尺寸设置为其表面积小于与其相接触的电卡元件的表面积，且避开相应电卡元件的端面电极，这样亦可避免短路。

请一并参考图1以及图7，其中，图7为本发明一实施例中散热模块和制冷模块原理示意图。所述制冷模块包括冷端换热器723和冷端风扇724，所有冷端的冷量经保温隔热通过固定在所述换热盘107上的所述冷端导热片503收集后传递到所述冷端换热器723，并由所述冷端风扇724与制冷空间内介质进行热交换，吸收制冷空间内热量，进而对制冷空间进行降温；所述散热模块包括热端换热器722、热端风扇721和排热管720，所有热端的热量通过固定在所述换热盘107上的所述热端导热片501传递到所述热端换热器722，并由所述热端风扇721经所述排热管720将热量排出至制冷空间以外。

其中，冷端冷量的保温隔热可以采用由隔热、保温、绝缘的材料制成的隔热板进行保温隔热；热端热量传递的热端导热片可以采用由热导率较高的材料制成。冷端的冷量也可以通过制冷模块中的流体介质换走，热端的热量可以由散热模块中的流体介质带走。所述散热装置以及冷端装置也可以均为热交换器，热端热量、冷端冷量均通过热交换器带走。

继续参考图1，在本实施例中，所述装置进一步包括电机101、与所述电机101直连的驱动轴110、固接在所述驱动轴110上的驱动带轮104、从动轴111、固接在所述从动轴111上的从动带轮113与从动齿轮112，其中，所述从动带轮113通过传动带114与所述驱动带轮104同步转动。所述第一电卡环106外表面为圆形、内表面具有一卡接件207，所述第一电卡环106通过所述卡接件207卡接在所述驱动轴110上，随所述驱动轴110做旋转运动；所述第二电卡环108外表面具有齿轮外形，所述第二电卡环108套接在所述驱动轴110上，并通过所述第二电卡环108的外周表面的齿轮与所述从动齿轮112相啮合，所述第二电卡环108通过所述从动齿轮112传动从而绕所述驱动轴110中心做旋转运动。

设驱动带轮104的基准直径为d₁，从动带轮113的基准直径为d₂，从动齿轮112的齿数z₃，第二电卡环108的齿数z₄，有

优选的，在本实施例中，所述旋转式电卡制冷装置还包括用于安装固定所述电机101的固定框架102、以及为驱动轴110和从动轴111提供旋转支撑的电机旋转支撑103和驱动轴支撑115。所述电机101可以采用步进电机，由安装在固定框架102上的步进电机提供动力源。

首先安装电机101和电机旋转支撑103至固定框架102上；其次安装驱动轴110并将驱动带轮104安装固定在驱动轴110上；然后安装从动轴支撑115至固定框架102上，安装从动轴111，并将从动带轮113安装固定在从动轴111上，安装传动带114，再安装固定从动齿轮112；之后从下至上依次安装第一通电盘105、第一电卡环106、换热盘107、第二电卡环108以及第二通电盘109；最后将第一通电盘105、第二通电盘109上的充放电正负电极连接至充放电电路中。

参考图8，本发明所述的旋转式电卡制冷装置第二实施例的结构示意图。与图1所示实施例的不同之处在于，本实施例的驱动方式不同。具体为：所述装置进一步包括电机802、与所述电机802直连的驱动轴813、固接在所述驱动轴813上的驱动齿轮805、从动轴803、固接在所述从动轴803上的第一从动齿轮804与第二从动齿轮806，其中，所述第一从动齿轮804与所述驱动齿轮805相啮合。所述电机802可以采用步进电机，由安装在固定框架801上的步进电机提供动力源。

相应的第一电卡环结构也做了适应性修改，具体为：所述第一电卡环811外表面具有齿轮外形，所述第一电卡环811套接在一固定轴807上，并通过所述第一电卡环811的外周表面的齿轮与所述驱动齿轮805相啮合，所述第一电卡环811通过所述驱动齿轮805传动从而绕所述固定轴807中心做旋转运动。

第二电卡环的结构未作变动，仍可采用图3所示的第二电卡环的结构。所述第二电卡环809外表面具有齿轮外形，所述第二电卡环809套接在所述固定轴807上，并通过所述第二电卡环809的外周表面的齿轮与所述第二从动齿轮806相啮合，所述第二电卡环809通过所述第二从动齿轮806传动从而绕所述固定轴807中心做旋转运动。

也即本实施例中，第一电卡环811与第二电卡环809的结构相同，且均与图3所示的第二电卡环的结构相同。

根据权利要求10所述的旋转式电卡制冷装置，其特征在于，所述第一从动齿轮的齿数与所述驱动齿轮的齿数以及所述第二从动齿轮的齿数均相等，所述第一电卡环的齿轮的齿数与所述第二电卡环的齿轮的齿数相等。

设第一从动齿轮齿数z₁，驱动齿轮齿数z₂，第二从动齿轮齿数z₃，第一电卡环211齿数z₄，第二电卡环209齿轮z₅，取z₄＝z₅，z₁＝z₂＝z₃。

首先，安装电机802、驱动轴813、从动轴803以及固定轴807至固定框架801上；其次安装第一从动齿轮804和第二从动齿轮806至从动轴803上，安装驱动齿轮805至驱动轴813上；之后从下至上依次安装第一通电盘812、第一电卡环811、换热盘810、第二电卡环809以及第二通电盘808；最后将第一通电盘812、第二通电盘808上的充放电正负电极连接至充放电电路中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。