一种基于复合压卡材料的制冷系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于复合压卡材料的制冷系统，其各部分包括：液压驱动与支撑装置、压缩组件、热水环路、冷水环路以及控制模块，其中压缩组件包含压头、压缩腔体和内部换热管道，热水环路与冷水环路均包含水箱、水泵、换热器以及流动管路，控制模块则分为调节压力设置的控制台和切换运行环路的电磁阀组；系统增压时，电磁阀控制热环路开启，材料升温并向环境排热，系统释压后，电磁阀控制冷环路开启，材料降温并为用户供冷。本发明专利技术兼具两种运行模式，适用于常规或者较宽工作温区，可达到高于常规蒸汽压缩式制冷系统的理论效率，同时，所采用的固态制冷工质无温室气体效应，无臭氧破坏效应，属于极具潜力的绿色制冷技术。属于极具潜力的绿色制冷技术。属于极具潜力的绿色制冷技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合压卡材料的制冷系统


[0001]本专利技术属于制冷
，特别是一种基于复合压卡材料的制冷系统。

技术介绍

[0002]制冷技术与人们的生产生活息息相关，据统计，世界上有20％左右的能源消耗来自于制冷和空调系统，并且社会对此的需求还在不断增长。传统的蒸汽压缩式制冷以其技术的成熟和广泛，目前处于主流地位，约占80％的市场份额。然而，其主流工质(R134a、R32、R125等HFC类制冷剂)均具有较强的温室效应，正逐渐受到各国限制，同时传统制冷技术的COP(制冷系数)值大约在2
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4之间，其能量效率也有待提升。因此，一种高效、环保的制冷技术亟待研发。基于固态相变热效应的固态制冷技术被认为是最有希望取代传统蒸汽压缩制冷的技术方案之一，由于不会向大气排放具有臭氧破坏效应和温室效应的工质，对环境更加友好，在过去十余年间得到了快速发展。
[0003]固态相变热效应主要包括磁热效应、电卡效应、弹热效应以及压卡效应，它们分别是由不同的外部场源(磁场、电场、单轴应力、静水压力)驱动材料内部微观粒子发生无序
‑
有序态转变而产生的热现象。其共同的制冷原理为：施加外场时，工质有序性增加，熵减放热，温度升高；去除外场后，工质有序性降低，熵增吸热，温度降低，从而提供冷能。等温熵变ΔS
iso
和绝热温升ΔT
ad
是两个用来评判固态相变材料性能的重要指标，前者可以体现材料能获得的最大制冷量，后者则代表其应用于制冷的一般工作温区。尽管已有研究表明，塑性晶体压卡材料拥有突出的应用潜能，其中最具代表性的新戊二醇(neopentyl glycol，NPG)，室温条件下的绝热温升高于25K，对应的等温熵变可达445J
·
kg
‑1K
‑1，接近商用制冷剂R134a(520J
·
kg
‑1K
‑1)(Lloveras P,Aznar A,et al.Colossal barocaloric effects near room temperature in plastic crystals of neopentyl glycol.Nature Communications,2019.10(1))。然而，它同样存在诸多问题，比如其极低的热导率(约0.2W/mK)使得传热效率低下，产出的冷能基本难以传递而利用，并且热滞后的问题也导致制冷温区很难匹配实际应用场景。因此，单纯的新戊二醇材料较难在实际制冷系统搭建中得到应用。
[0004]同时，相比于其他固态制冷技术，由于起步较晚并且驱动方式特殊，压卡制冷仍然缺少系统级设计方案，其中仍然存在较多的技术难题，包括如何设计制冷系统核心组件的结构；系统的运行调控策略如何确定；如何依照实际运行环境的需要，保证系统能够在合适的参数条件设置(工作频率、流体流速、换热时间等)下工作等。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于复合压卡材料的制冷系统，以解决传统的蒸汽压缩式制冷系统高温室效应和低制冷效率的技术难题，该系统可以在预先设定的工作参数下运行，拥有两种不同工作模式，可以得到具有较高利用价值的冷水，从而实现冷能的高效获取。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0007]一种基于复合压卡材料的制冷系统，包括：
[0008]取冷模块、冷端贮水箱、冷端循环水泵、冷端进水阀、冷端出水阀组成的取冷单元；
[0009]排热模块、热端贮水箱、热端循环水泵、热端进水阀、热端出水阀组成的排热单元；
[0010]用于固定换热管道的压缩腔体，并作为换热管道与取冷单元、排热单元连通的出水部；
[0011]加载单元，用于对复合压卡材料周期性的施加加载力，并作为换热管道与取冷单元、排热单元连通的进水部；
[0012]包裹在换热管道外部的复合压卡材料，能够在加载单元加载状态下压缩并放热并在卸载状态下恢复并吸热；
[0013]冷端循环水泵和热端循环水泵用于控制相应单元管路的流量，冷端进水阀、冷端出水阀、热端进水阀、热端出水阀用于调整制冷系统的循环实现工作模式的调整。
[0014]本专利技术与现有技术相比，其显著优点：
[0015](1)拥有常规温区和宽温区两种工作模式，也可根据实际制冷需要，灵活调节系统运行策略与工作参数，具有较高的理论COP。
[0016](2)复合压卡材料既保留了塑性晶体材料原本较高的熵变值，又改善了热导率和相变温区，且工质成本较低。
[0017](3)阵列式换热结构易加工，满足承压强度需求，同时可进行高效传热。
[0018]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0019]图1为本专利技术基于复合压卡材料的制冷系统结构示意图。
[0020]图2为本专利技术压缩组件结构示意图。
[0021]图3为本专利技术内部阵列式换热管道布置方式示意图。
[0022]图4为加载500MPa和250MPa压力下的的系统运行曲线图。
[0023]图5为不同环境温度下的运行结果对比图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。
[0025]结合图1，本专利技术的一种基于复合压卡材料的制冷系统，其包括液压驱动与支撑机构1、金属压头2、复合压卡材料3、换热管道4、压缩腔体5、电磁阀组6
‑
1～6
‑
4、冷端贮水箱7
‑
1、冷端循环水泵8
‑
1、热端贮水箱7
‑
2、热端循环水泵8
‑
2、测温单元与压力表9、取冷模块10
‑
1、排热模块10
‑
2、流量计11。
[0026]用于装填复合压卡材料3的压缩腔体5、可传递压力并以中空结构为换热管道4提供上下位移行程的金属压头2(作为加载单元)、焊于压缩腔体5底座部分以实现内部流动传热的换热管道4，组成压缩组件；复合压卡材料3填充在换热管道4外部，能够在加载下压缩并在卸载下恢复；金属压头2和压缩腔体5底座部分设有流道，用于将热端和冷端与换热管道4连通，且共用一个进水主流道和出水主流道；金属压头2外侧设有一圈密封圈，以与压缩腔体5之间的动密封。所述压缩组件位于液压驱动与支撑机构1的正中心，且其工作平面与
金属压头2相贴合；热端贮水箱7
‑
2、热端循环水泵8
‑
2之间通过管道构成热水环路，并由右侧电磁阀6
‑
3(出水阀)、电磁阀6
‑
4(进水阀)实现启停控制，流量由热端循环水泵8
‑
2进行调节；冷端贮水箱7
‑
1、冷端循环水泵8
‑
1之间通过管道构成冷水环路，并由左侧电磁阀6
‑
1(出水阀)、电磁阀6
‑
2(进水阀)实现启停控制，流量由冷端循环水泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合压卡材料的制冷系统，其特征在于，包括：取冷模块、冷端贮水箱、冷端循环水泵、冷端进水阀、冷端出水阀组成的取冷单元；排热模块、热端贮水箱、热端循环水泵、热端进水阀、热端出水阀组成的排热单元；用于固定换热管道的压缩腔体，并作为换热管道与取冷单元、排热单元连通的出水部；加载单元，用于对复合压卡材料周期性的施加加载力，并作为换热管道与取冷单元、排热单元连通的进水部；包裹在换热管道外部的复合压卡材料，能够在加载单元加载状态下压缩并放热并在卸载状态下恢复并吸热；冷端循环水泵和热端循环水泵用于控制相应单元管路的流量，冷端进水阀、冷端出水阀、热端进水阀、热端出水阀用于调整制冷系统的循环实现工作模式的调整。2.根据权利要求1所述的基于复合压卡材料的制冷系统，其特征在于，其工作模式包括冷热环路独立运行模式：加载并保持载荷，热端进水阀、热端出水阀打开，冷端进水阀、冷端出水阀关闭，热端贮水箱内中的热水经热端循环水泵泵送至换热管道，吸收复合压卡材料的热量；其后进行卸载，冷端进水阀、冷端出水阀打开，热端进水阀、热端出水阀关闭，冷端贮水箱...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷二帅，邵博晗，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：