基于光电混合驱动的电卡制冷装置及其方法与流程

本发明涉及固体制冷装置，尤其涉及一种基于光电混合驱动的电卡制冷装置及其方法。

背景技术：

固体制冷技术具有体积小、绿色环保、易于集成等特点，因此近年来发展迅速。常见的固体制冷技术包括半导体制冷、电卡制冷等。电卡制冷相比于半导体制冷而言，具有效率高、成本低的优点。

近年来出现的电卡制冷装置全部采用电源驱动模式，例如专利cn104441848a公布了提高电介质电卡陶瓷制冷设备性能的方法，采用多层电卡陶瓷模组实现制冷功能；专利cn206056000u公开了一种流体换热的电卡制冷装置，通过流体在冷端和热端间的循环实现热交换；专利cn206055998u公开了一种旋转式电卡制冷装置，通过通电盘的转动实现热量在冷端和热端制冷的传递。这些电卡制冷装置的需要高压电压放大器，并且属于接触式控制，适合对空间限制小的场合。而光电混合驱动部分取代电源，不需要高压电压放大器，更易于小型化，并且属于非接触式驱动，本发明适用于飞行器等对自身空间有限制、且工作时外部紫外线丰富的场合。

技术实现要素：

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种基于光电混合驱动的电卡制冷装置及其方法。

基于光电混合驱动的电卡制冷装置包括基座、紫外光源、光纤、紫外光探头、光电作动器、开关控制电路、制冷片、电卡制冷器、热开关及散热片；热开关包括第一热开关、第二热开关；基座上设有紫外光源、紫外光探头、光电作动器、开关控制电路、制冷片、电卡制冷器、热开关及散热片，紫外光源通过光纤与紫外光探头连接，光电作动器通过导线与开关控制电路连接，开关控制电路通过导线与电卡制冷器、第一热开关、第二热开关连接；第一热开关位于电卡制冷器的一侧，第二热开关位于电卡制冷器的另一侧；制冷片、第一热开关、电卡制冷器、第二热开关与散热片之间依次通过固定件连接。

该电卡制冷装置中，还可以采用如下优选方式：

所述的紫外光源的波长为365nm。所述的光电作动器采用镧改性锆钛酸铅(plzt)。所述的电卡制冷器采用具有电卡效应的铁电陶瓷制作,如铁电陶瓷钛酸钡(batio3)、钛酸铅(pbtio3)等。所述的光电卡制冷器，采用具有电卡效应的铁电聚合物聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯共聚物(pvdf-trfe)等。所述的热开关为主动式热开关，能够在电信号的控制下实现开合。所述的固定件可以为螺栓。

基于光电混合驱动的电卡制冷装置及控制方法是：紫外光源发出波长365nm的紫外光经过光纤及紫外光探头照射到光电作动器，光电作动器产生光生直流电压，光生直流电压经过导线传输到开关控制电路，经过开关控制电路调制后成为方波电压，开关控制电路输出三路方波电压，第一路方波电压用于控制电卡制冷器，实现电卡制冷器的极化和去极化过程，第二路方波电压传输到第一热开关，第三路方波电压传输到第二热开关，第一热开关和第二热开关依次实现打开和闭合；在第一热开关闭合，第二热开关打开时，电卡制冷器由于极化产生的热量通过第二热开关传递到散热片,热量散发到外界；在第一热开关打开，第二热开关闭合时，电卡制冷器去极化并吸收热量，自身温度降低，制冷片上的热量通过第一热开关传递到电卡制冷器；这个过程不断循环，从而实现热量的传递和电卡制冷。通过控制紫外光源发出的紫外光强度以及开关控制电路调制的方波频率，可以控制电卡制冷器的极化和去极化强度、极化翻转频率和热开关的开合频率，达到控制制冷效果的目的。

本发明与现有技术相比具有的有益效果

1)光电混合式驱动，适合太空等紫外光丰富的场合。

2)无需高压电压，能够减小电卡制冷装置的尺寸，同时电卡制冷装置的耗电量降低约50％。

3)光电作动器为非接触式控制，避免受到磁场电场的影响。

发明内容

附图说明

图1为光电混合驱动的电卡制冷装置结构示意图；

图2为本发明的制冷片、电卡制冷器、热开关及散热片结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图，具体说明一下基于光电混合驱动的电卡制冷装置工作过程。

如图1～2所示，基于光电混合驱动的电卡制冷装置，包括基座1、紫外光源2、光纤3、紫外光探头4、光电作动器5、开关控制电路6、制冷片7、电卡制冷器8、热开关9及散热片10；热开关9包括第一热开关9.1、第二热开关9.2；基座1上设有紫外光源2、紫外光探头4、光电作动器5、开关控制电路6、制冷片7、电卡制冷器8、热开关9及散热片10，紫外光源2通过光纤3与紫外光探头4连接，光电作动器5通过导线与开关控制电路6连接，开关控制电路6通过导线与电卡制冷器8、第一热开关9.1、第二热开关9.2连接，制冷片7与第一热开关9.1通过螺栓连接；第一热开关9.1位于电卡制冷器8的一侧，两者通过螺栓连接；第二热开关9.2位于电卡制冷器8的另一侧，两者也通过螺栓连接；第二热开关9.2与散热片10也通过螺栓连接。

在本实施例中，紫外光源2的波长为365nm；光电作动器5采用镧改性锆钛酸铅(plzt)；电卡制冷器8采用具有电卡效应的铁电陶瓷制作,如铁电陶瓷钛酸钡(batio3)、钛酸铅(pbtio3)等；光电卡制冷器8，采用具有电卡效应的铁电聚合物聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯共聚物(pvdf-trfe)等制作；热开关9为主动式热开关，能够在电信号的控制下实现开合。

基于光电混合驱动的电卡制冷装置及控制方法是：紫外光源2发出波长365nm的紫外光经过光纤3及紫外光探头4照射到光电作动器5，光电作动器5产生光生直流电压，光生直流电压经过导线传输到开关控制电路6，经过开关控制电路6调制后成为方波电压，开关控制电路6输出三路方波电压，第一路方波电压用于控制电卡制冷器8，实现电卡制冷器8的极化和去极化过程，第二路方波电压传输到第一热开关9.1，第三路方波电压传输到第二热开关9.2，第一热开关9.1和第二热开关9.2依次实现打开和闭合；在第一热开关9.1闭合，第二热开关9.2打开时，电卡制冷器8由于极化产生的热量通过第二热开关9.2传递到散热片10,热量散发到外界；在第一热开关9.1打开，第二热开关9.2闭合时，电卡制冷器8去极化并吸收热量，自身温度降低，制冷片7上的热量通过第一热开关9.1传递到电卡制冷器8；这个过程不断循环，从而实现热量的传递和电卡制冷。通过控制紫外光源2发出的紫外光强度以及开关控制电路6调制的方波频率，可以控制电卡制冷器8的极化和去极化强度、极化翻转频率和热开关9的开合频率，达到控制制冷效果的目的。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于光电混合驱动的电卡制冷装置及其方法。它包括基座、紫外光源、光纤、紫外光探头、光电作动器、开关控制电路、制冷片、电卡制冷器、热开关及散热片；基座上设有紫外光源、紫外光探头、光电作动器、开关控制电路、制冷片、电卡制冷器、热开关及散热片，紫外光源通过光纤与紫外光探头连接，光电作动器通过导线与开关控制电路连接，开关控制电路通过导线与电卡制冷器、热开关连接，制冷片、第一热开关、电卡制冷器、第二热开关、散热片依次通过螺栓连接。紫外光照射时，光电作动器产生直流光生电压，该电压在开关控制电路的调制下成为方波电压，驱动电卡制冷器和热开关进行工作，实现电卡制冷。本发明具有结构简单、应用范围广、非接触式控制的特点。

技术研发人员：李会雨;候旭;王杰
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2017.12.01
技术公布日：2018.05.08