技术领域
[0001] 本发明涉及制冷装置，属于制冷设备技术领域，具体涉及一种基于辐射发射率调控的电卡制冷装置。
相关背景技术
[0002] 随着社会电气化和智能化的发展，芯片领域、集成电路以及其他局限空间对制冷需求越来越高，然而现有依靠氢氯氟烃、氯氟烃、丙烷等挥发性制冷剂的制冷设备和系统不仅占据空间较大，且能耗和排放较高，会加剧全球气候变暖，因此氯氟烃和氢氯氟烃类型制冷剂的使用限制日益严格，巨电卡材料在周期性电场作用下的制冷/制热，被认为是下一代制冷技术，具有微型化和柔性化的优势，能够用于受限空间。然而目前基于巨电卡材料的电卡器件常用流体或机械运动收集电卡材料运行周期内的制冷量和制热量，结构强度和结构微型化受到限制。为此，需要对采取新的措施实现电卡材料运行周期内的制冷量和制热量的高效收集，促进电卡器件的微型化发展。
具体实施方式
[0023] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0024] 图1展示了一种基于辐射发射率调控的电卡制冷装置，其包含冷端相变材料1、冷端电致VEM薄膜2、柔性电卡材料层3、热端电致VEM薄膜4、热端相变材料6、电场发生器8、电压控制器10、壳体13和隔板14；
[0025] 壳体13为空心全封闭式结构，壳体13内在厚度方向上顺次设置有冷端相变材料1、冷端电致VEM薄膜2、柔性电卡材料层3、热端电致VEM薄膜4和热端相变材料6；
[0026] 冷端相变材料1被隔板14封装于壳体13内，隔板14朝向柔性电卡材料层3的表面上设有冷端电致VEM薄膜2，柔性电卡材料层3朝向冷端相变材料1的表面上设有冷端电致VEM薄膜，冷端电致VEM薄膜2外接有电压控制器10，
[0027] 热端相变材料6被隔板14封装于壳体13内，隔板14朝向柔性电卡材料层3的表面上设有热端电致VEM薄膜4，柔性电卡材料层3朝向热端相变材料6的表面上设有热端电致VEM薄膜4，热端电致VEM薄膜4外接有电压控制器10，电压控制器10被配置为通电可改变电致VEM发射率，以控制传热方向；
[0028] 壳体13外表面的相对位置布置有正电金属板7和负电金属板15，正电金属板7和负电金属板15之间外接有电场发生器8，电场发生器8被配置为通电可控制电卡材料的传热过程，壳体13的其余外表面、正电金属板7及负电金属板15的外表面包覆有电绝缘层11。
[0029] 本实施方案中，电压控制器10负责给电致VEM薄膜通电及施加电压，通过在不同时间周期内电压的改变，进而改变电致VEM发射率以控制传热方向。
[0030] 本实施方案的制冷装置效率高，体积小，可满足局限空间的温度控制和制冷需求。
[0031] 电场发生器8控制外部电场，作用到柔性电卡材料，控制电场强度使得柔性电卡材料进入不同的传热(制冷或制热)过程。利用相变材料的相变温度最终实现对热源的制冷或制热。
[0032] 对电致VEM薄膜的辐射发射率进行控制，在柔性电卡材料制冷/制热的不同阶段改变其表面发射率，以实现装置内部热量的定向传递；利用本实施方案装置对局部空间温度进行调控，无需制冷剂和冷媒管道，大幅降低系统复杂性，适用于狭小空间和局限空间的制冷。
[0033] 以下实施例为了方便说明，下面参照图2‑图6，本申请的一些实施例提供一种基于辐射发射率调控的电卡制冷装置，其包含冷端相变材料1、冷端电致VEM薄膜2、柔性电卡材料层3、热端电致VEM薄膜4、热端相变材料6、电场发生器8、电压控制器10、壳体13和隔板14；壳体13内壁设有用于固定隔板的卡槽9以及连接导线的凹槽12，冷端相变材料1和热端相变材料6被布置于卡槽9内的隔板14封装于壳体13内，与其同时内壳体13内壁上设置有固定隔板14的凸棱，以通过隔板14将柔性电卡材料限位于壳体13内。
[0034] 冷端相变材料1被隔板14封装于壳体13内，限位冷端相变材料1的隔板14朝向柔性电卡材料层3的表面上设有冷端电致VEM薄膜2，限位柔性电卡材料层3的隔板14朝向冷端相变材料1的表面上设有冷端电致VEM薄膜，该两层冷端电致VEM薄膜2外接有电压控制器10形成控制电路，电压控制器10通电时，给这两层冷端电致VEM薄膜2施加电压，改变电致VEM发射率以控制传热方向。
[0035] 热端相变材料6被隔板14封装于壳体13内，限位热端相变材料6的隔板14朝向柔性电卡材料层3的表面上设有热端电致VEM薄膜4，限位柔性电卡材料层3的隔板14朝向柔性电卡材料的表面上设有热端电致VEM薄膜4，该两层热端电致VEM薄膜4外接有电压控制器10形成控制电路，电压控制器10通电时，给这两层热端电致VEM薄膜4施加电压，改变电致VEM发射率以控制传热方向。
[0036] 壳体13外表面的相对位置布置有正电金属板7和负电金属板15，正电金属板7和负电金属板15之间外接有电场发生器8形成控制电路，电场发生器8被配置为通电可控制电卡材料的传热过程，壳体13的其余外表面、正电金属板7及负电金属板15的外表面包覆有电绝缘层11。
[0037] 示例性地，所述正电金属板7和负电金属板15均为柔性板式构造。
[0038] 可选地，正电金属板7和负电金属板15的材质均为薄铜板或铝板，厚度为0.5mm，具有一定的柔性使其能够贴合壳体13。
[0039] 示例性地，限位或储纳相变材料的隔板14由铝板制成，隔挡空间高度为0.5‑1cm，用于对相变材料进行封装。
[0040] 示例性地，所述柔性电卡材料层3为板式构造，所述所述柔性电卡材料为具有碳纳米管电极的独立双层P堆叠材料。也即碳纳米管(CNT)‑三元共聚物P(VDF‑TrFE‑CFE)‑碳纳米管(CNT)‑三元共聚物P(VDF‑TrFE‑CFE)‑碳纳米管(CNT)叠堆材料，可选地，叠堆厚度为60μm，具有一定的柔性和韧性，上下表面贴附电致VEM薄膜。
[0041] 示例性地，电致VEM薄膜为多层结构，总厚度为2μm，由MXene的红外(IR)透明导电电极、多孔聚乙烯(PE)基底上的W18O49NW阴极、聚偏二氟乙烯‑六氟丙烯共聚物(PVDF‑HFP)@LiClO4凝胶电解质、基于MXene阳极和铝箔基底组成，其中MXene是利用LiF和HCl对MAX材料(TiAlC2)进行刻蚀，然后进行超声处理，合成得到MXene纳米片。
[0042] 在‑3V的电压条件下，红外波长3‑5和8‑14μm的发射率分别为0.8和0.77；在+2V的电压条件下，红外波长为3‑5和8‑14μm的发射率分别为0.4和0.3。
[0043] 一些实施例中，参照图2‑图6，本实施方案的壳体13为金属壳体，以平板式立方结构为例，电卡制冷装置结构组成如图1所示，金属壳体内部设有用于固定隔板的卡槽9以及布置控制线的凹槽12，隔板便于放置相变材料及限位柔性电卡材料，上部区域放置相变材料是相变区间为28～30℃的冷端石蜡，下部区域放置相变材料是相变区间为50～52℃的热端石蜡；金属壳体构造图(例如立方六面结构)如图2‑图4所示；电致VEM薄膜及电压控制器布置如图5所示；电场发生器8布置如图6所示。
[0044] 金属外壳由金属铝制成，内部设置的卡槽9用于放置和固定相变材料储钠隔板及电卡材料，设置的凹槽12用于放置和固定电线等。
[0045] 示例性地，电绝缘层11为常温固化干燥绝缘漆，可使用聚酰胺树脂固化环氧树脂漆和双组分的聚氨酯漆等，喷涂装置整体外表面，用于防止静电和漏电。
[0046] 示例性地，所述电绝缘层11外表面被保温材料包覆。保温材料为聚氨酯泡沫板，厚度为0.5‑1cm，用于防止相变层的热量通过铝制隔板和壳体13散失至环境中。
[0047] 具体地，柔性电卡材料：根据制冷所需空间设计柔性电卡材料的构造，并对应平行设计金属外壳和电场发生器金属板。
[0048] 金属壳体的组装：第一步按照图纸将金属外壳以焊接的方式进行连接，只留有一个侧板不连接，以放置插板和填装相变材料；第二步将电卡材料层两侧分别覆盖电致VEM薄膜，隔板14面向电卡材料的一侧贴附电致VEM薄膜，将两个隔板和电卡材料插入壳体的卡槽内，连接电压控制器10，控制线从外壳上预留的凹槽12内延伸出，并利用铸工胶将控制线凹槽缝隙以及插板、电卡材料与凹槽之间的缝隙粘合；第三步将冷热两端的相变石蜡填充至相变材料储钠空间，将填料填装完毕后再将侧板焊接；第四步根据需要将壳体内部空气保留或者抽至负压或真空，完成壳体及内部构造的连接。
[0049] 电压发生器的连接：将连接电压发生器8的正负极的两个金属板分别与壳体顶部和底部连接，通过电场控制器在装置内形成自上而下的电场，电场强度可根据实际应用调节，并且在整个装置外表面刷绝缘漆，以降低风险发生概率。
[0050] 下面参照图7‑图9说明本申请方案的工作原理：
[0051] 图7展示了施加给热端电致VEM薄膜、施加给冷端电致VEM薄膜和施加给柔性电卡材料的电场，VEM薄膜的发射率变化以及电卡材料经历过程，在不同周期内的运行流程。V表示电压，E表示电场强度。
[0052] 结合图7和图8可知，0‑t1时间内，给热端电致VEM和冷端电致VEM施加相同的电压V0，二者的发射率均较低，给电卡材料施加E2的电场强度，此时电卡材料出现绝热极化，电卡材料温度升高，但无能量传递的过程。
[0053] t1‑t2时间内，给热端电致VEM施加电压V0，发射率较低，换热较差，而给冷端电致VEM施加电压V1，发射率较高，换热较好，给电卡材料施加E2的电场强度，此时电卡材料出现等电场极化，电卡材料散热，温度降低的过程。
[0054] t2‑t3时间内，给热端电致VEM和冷端电致VEM施加相同的电压V0，二者的发射率均较低，换热较差，不给电卡材料施加任何电场，此时电卡材料出现绝热去极化，电卡材料温度降低，但无能量传递。
[0055] t3‑t4时间内，给热端电致VEM施加电压V1，发射率较高，而给冷端电致VEM施加电压V0，发射率较低，不给电卡材料施加任何电场，此时等电场熵转移，电卡材料吸热，温度升高。
[0056] 需要说明的是：上下两个电致VEM薄膜电压控制的频率与电场频率相同，上隔板和电卡材料上表面的电致VEM薄膜的电压控制相位φ1一致，下隔板和电卡材料下表面的电致VEM电压控制相位φ2一致，但φ1＝φ2+90°，即相差半个周期。此外，本装置同样能够制热，只需调换冷热端位置、保持装置中电致VEM薄膜位置不变、同时改变电压相位即可。以制冷过程为例，上下电致VEM薄膜的电压控制与电卡材料的电场控制关系及原理如图7‑图9所示。
[0057] 电卡材料根据被控对象温度进行启停控制，电场强度E2设置为60MV/m，频率设置为0.8Hz；控制模式分为自动模式和人工模式。
[0058] 人工模式下使用者依靠被控对象的温度对装置进行启停设置，自动模式下，装置将会根据使用者设置的被控对象的预期温度进行启停控制。具体控制方案如图9所示。
[0059] 本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。
