专利摘要
本发明属于制冷领域，涉及一种静电场作用下的制冷装置，包括：第一气液平衡系统、第二气液平衡系统、第一节流阀、第二节流阀、第一静电场、第二静电场，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中间设置有第一节流阀和第二节流阀，第一静电场作用于第一气液平衡系统，第二静电场作用于第二气液平衡系统，第一静电场和第二静电场对第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的作用效果刚好相反。第一静电场使第一气液平衡系统的平衡蒸气压降低，第二静电场使第二气液平衡系统的平衡蒸气压上升。本发明通过施加不同方向的静电场的方法，使一种仅提供较小电能就可使一般的常见流体电介质物质作为介质流体来完成制冷的装置得以实现。
权利要求
1.一种静电场作用下的制冷装置，其特征在于，包括：第一气液平衡系统、第二气液平衡系统、第一节流阀、第二节流阀、第一静电场、第二静电场，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中间设置有第一节流阀和第二节流阀，第一静电场作用于第一气液平衡系统，第二静电场作用于第二气液平衡系统，第一静电场和第二静电场对第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的作用效果刚好相反；
第一静电场使第一气液平衡系统的平衡蒸气压降低，第二静电场使第二气液平衡系统的平衡蒸气压上升；
第一静电场施加方向为平行于第一气液平衡系统的气液分界面，第二静电场施加方向为垂直于第二气液平衡系统的气液分界面。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，在给定温度条件下，当施加的静电场方向与气液分界面平行时，平衡蒸气压降低的量由式（1）计算而得：
其中：物理量右上角的字母“L”和“G”分别表示液相和气相中的物理量；
3.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，在给定温度条件下，当施加的静电场方向与气液分界面垂直时，平衡蒸汽压上升的量由式（2）计算而得：
其中：物理量右上角的字母“L”和“G”分别表示液相和气相中的物理量；
4.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于，所述制冷装置的工作原理包括：
A、静电场能使物质的平衡蒸气压增加或减小，静电场对物质平衡蒸气压改变的幅度与具体的物质以及施加的静电场的电场强度及施加方式有关；当所施加的静电场的电场强度的大小固定不变时，对于某一特定的物质而言，静电场的作用效果与静电场具体的施加方向相关；
B、对相同电介质的第一气液平衡系统和第二气液平衡系统分别施加平行于气液分界面和垂直于气液分界面的静电场，气液平衡时，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统之间存在压强差，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统进行物质交换和能量传递；
C、第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中静电场施加方向不变时，通过改变施加的静电场的电场强度大小可增大或减小第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的压强差；
D、当其他条件完全相同时，静电场对物质平衡蒸气压改变受外界环境温度影响，外界环境温度越高，静电场使平衡蒸气压改变的数值越大。
5.根据权利要求4所述的制冷装置，其特征在于，对于某一特定的物质而言，静电场的作用效果与静电场具体的施加方向相关，包括：
①、平行于气液分界面施加的静电场使物质的平衡蒸气压降低，且为设定电场强度下物质平衡蒸气压所能减小的最大值，导致气相凝结并放出热量，气液平衡系统的温度上升，物质由气相向液相移动；
②、垂直于气液分界面施加的静电场可使物质的平衡蒸气压增加，且为设定电场强度下物质平衡蒸气压所能增加的最大值，导致液相蒸发并吸收热量，气液平衡系统的温度降低，物质由液相向气相移动。
6.根据权利要求4所述的制冷装置，其特征在于，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统进行物质交换和能量传递，包括：
由于第一气液平衡系统中平衡蒸气压降低，发生液化，多余的冷凝液经第二节流阀流入第二气液平衡系统中；而第二气液平衡系统中平衡蒸气压升高，发生气化，并由于第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的压强差导致热蒸汽经第一节流阀上升到第一气液平衡系统；最终的结果就是，冷凝液不断地从第一气液平衡系统流入第二气液平衡系统，同时热蒸汽不断地从第二气液平衡系统上升到第一气液平衡系统。
说明书
技术领域
本发明属于制冷领域，涉及一种静电场作用下的制冷装置。
背景技术
传统的制冷装置多为压缩制冷，是将低压的气态制冷剂在压缩机作用下压缩成高温高压的气体，再经冷凝器等压冷凝成低温高压的液体，此低温高压液体再经节流阀变为低温低压下的气液混合物，最后该气液混合物在蒸发器的作用下吸热气化又回到最初的低压气态状态，继续回到压缩机中循环工作。而对于环境来说，在上述循环的最后一步中低温低压气液混合物的气化过程吸收环境中的热量，则使环境温度降低，起到制冷的作用。该种制冷装置由于具有优良的制冷效果是目前应用最为广泛的一种制冷技术，但是不容忽视的还有其高耗能、噪音大、且制冷效果良好的制冷剂大多都对环境污染严重等问题。因此，提出一种新的工质下的制冷装置对整个能源产业都具有前瞻性的意义。
制冷技术的热力学机理建立在相变的基础之上。相变作为一种普遍的物理现象广泛存在于生产与生活中，如自然界中水结冰以及化工厂中的精馏分离操作都是一种典型相变过程。物质在一定条件下从原来的相态变为其他相态的过程称之为相变或物态变化。通常所说的相态主要包括固相、液相和气相。相变过程不仅与物料传输息息相关也必定伴随着大量相变潜热的传递。当物质由质密态转变为质稀态时将吸热，温度降低，反之则放热，温度升高。也正因如此，相变具有广泛的应用前景，尤其是气液相变有很大的发展空间。然而在实际应用中由于温度、压强等的限制，气液相变仍然存在诸如耗能高、效率低等弊端。因此，研发一种低耗、高效的气液相变制冷装置成为近年来热力学领域的研究热点。
已有研究表明电场能有效强化气液相变过程，但关于此方面的课题大多尚处于起步阶段，且由于缺乏更为深入的理论研究在实验及实际生产中的应用都存在一定的限制。因此，研究静电场作用下的气液相变无论是对开展进一步的实验研究还是将此理论应用于实际都具有重要的指导意义。
发明内容
为了改善现有制冷装置所存在的问题，本发明提供一种静电场作用下的制冷装置。
本发明采用如下技术方案来实现：
一种静电场作用下的制冷装置，包括：第一气液平衡系统、第二气液平衡系统、第一节流阀、第二节流阀、第一静电场、第二静电场，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中间设置有第一节流阀和第二节流阀，第一静电场作用于第一气液平衡系统，第二静电场作用于第二气液平衡系统，第一静电场和第二静电场对第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的作用效果刚好相反。
优选地，第一静电场使第一气液平衡系统的平衡蒸气压降低，第二静电场使第二气液平衡系统的平衡蒸气压上升。
优选地，第一静电场施加方向为平行于第一气液平衡系统的气液分界面，第二静电场施加方向为垂直于第二气液平衡系统的气液分界面。
优选地，在给定温度条件下，当施加的静电场方向与气液分界面平行时，平衡蒸气压降低的量由式(1)计算而得：
其中：物理量右上角的字母“L”和“G”分别表示液相和气相中的物理量；p′是在温度T时静电场作用下的平衡蒸气压；p0是无静电场作用时温度T下的平衡蒸气压；ε0＝8.85×10
优选地，在给定温度条件下，当施加的静电场方向与气液分界面垂直时，平衡蒸汽压上升的量由式(2)计算而得：
其中：物理量右上角的字母“L”和“G”分别表示液相和气相中的物理量；p′是在温度T时静电场作用下的平衡蒸气压；p0是无静电场作用时温度T下的平衡蒸气压；ε0＝8.85×10
优选地，所述制冷装置的工作原理包括：
A、静电场能使物质的平衡蒸气压增加或减小，静电场对物质平衡蒸气压改变的幅度与具体的物质以及施加的静电场的电场强度及施加方式有关；当所施加的静电场的电场强度的大小固定不变时，对于某一特定的物质而言，静电场的作用效果与静电场具体的施加方向相关；
B、对相同电介质的第一气液平衡系统和第二气液平衡系统分别施加平行于气液分界面和垂直于气液分界面的静电场，气液平衡时，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统之间存在压强差，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统进行物质交换和能量传递。
优选地，对于某一特定的物质而言，静电场的作用效果与静电场具体的施加方向相关，包括：
①、平行于气液分界面施加的静电场使物质的平衡蒸气压降低，且为设定电场强度下物质平衡蒸气压所能减小的最大值，导致气相凝结并放出热量，气液平衡系统的温度上升，物质由气相向液相移动；
②、垂直于气液分界面施加的静电场可使物质的平衡蒸气压增加，且为设定电场强度下物质平衡蒸气压所能增加的最大值，导致液相蒸发并吸收热量，气液平衡系统的温度降低，物质由液相向气相移动。
优选地，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统进行物质交换和能量传递，包括：
由于第一气液平衡系统中平衡蒸气压降低，发生液化，多余的冷凝液经第二节流阀流入第二气液平衡系统中；而第二气液平衡系统中平衡蒸气压升高，发生气化，并由于第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的压强差导致热蒸汽经第一节流阀上升到第一气液平衡系统；最终的结果就是，冷凝液不断地从第一气液平衡系统流入第二气液平衡系统，同时热蒸汽不断地从第二气液平衡系统上升到第一气液平衡系统。
优选地，所述制冷装置的工作原理还包括：
C、第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中静电场施加方向不变时，通过改变施加的静电场的电场强度大小增大或减小第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的压强差。
优选地，所述制冷装置的工作原理还包括：
D、当其他条件完全相同时，静电场对物质平衡蒸气压改变受外界环境温度影响，外界环境温度越高，静电场使平衡蒸气压改变的数值越大。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明通过施加不同方向的静电场的方法，使一种仅提供较小电能就可使一般的常见流体电介质物质作为介质流体来完成制冷的装置得以实现。仅通过提供较小的电能就可以有效改变气液平衡系统的平衡态，施加静电场可以定量改变物质的平衡蒸气压。对于同一物质而言，当静电场施加方向相同时，所施加的静电场的电场强度的数值越大，其对气液平衡系统的平衡态影响也即对平衡蒸气压的改变越大。
(2)静电场对平衡蒸气压的改变与静电场具体的施加方式有关，当静电场的作用方向与气液平衡界面平行时，静电场使系统的平衡蒸气压降低；而当静电场的方向垂直于气液分界面时，静电场使系统的平衡蒸气压升高。
(3)当静电场施加方向不变时，通过改变施加的静电场的电场强度大小增大或减小两气液平衡系统的压强差。
(4)当其他条件完全相同时，静电场对物质平衡蒸气压改变受外界环境温度影响，外界环境温度越高，静电场使平衡蒸气压改变的数值越大。
(5)本发明通过这两种不同的静电场施加方向来控制两个气液平衡系统之间的蒸汽压强差，从而提出通过施加静电场来实现的制冷装置。
(6)本发明可应用于电子、能源、食品、石油、化工等行业的制冷。
附图说明
图1是本发明一个实施例中静电场作用下的制冷装置示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不限于此。
一种静电场作用下的制冷装置，包括：第一气液平衡系统、第二气液平衡系统、第一节流阀、第二节流阀、第一静电场、第二静电场，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中间设置有第一节流阀和第二节流阀，第一静电场作用于第一气液平衡系统，第二静电场作用于第二气液平衡系统，第一静电场和第二静电场对第一气液平衡系统和第二气液平衡系统的作用效果刚好相反。
在一个优选的实施例中，第一静电场使第一气液平衡系统的平衡蒸气压降低，第二静电场使第二气液平衡系统的平衡蒸气压上升。
第一静电场施加方向为平行于第一气液平衡系统的气液分界面，第二静电场施加方向为垂直于第二气液平衡系统的气液分界面。
一种静电场作用下的制冷装置的工作原理包括：
A、静电场能使物质的平衡蒸气压增加或减小，静电场对物质平衡蒸气压改变的幅度与具体的物质以及施加的静电场的电场强度及施加方式有关。当所施加的静电场的电场强度的大小固定不变时，对于某一特定的物质而言，静电场的作用效果与其具体的施加方向有关，包括：
①、平行于气液分界面施加的静电场可使物质的平衡蒸气压降低，且为该电场强度下物质平衡蒸气压所能减小的最大值。
具体地，当静电场的施加方向与气液分界面平行时，静电场作用使气液平衡系统的平衡蒸气压降低，导致气相凝结并放出热量，系统的温度上升，物质由气相向液相移动。
②、垂直于气液分界面施加的静电场可使物质的平衡蒸气压增加，且为该电场强度下物质平衡蒸气压所能增加的最大值。
具体地，当静电场的施加方向与气液分界面垂直时，静电场作用使气液平衡系统的平衡蒸气压上升，因此导致液相蒸发并吸收热量，系统的温度降低，物质由液相向气相移动。
B、对特定物质而言，对相同电介质的第一气液平衡系统和第二气液平衡系统分别施加平行于气液分界面和垂直于气液分界面的静电场。气液平衡时，第一气液平衡系统和第二气液平衡系统之间存在压强差，由于该压强差的存在，两气液平衡系统间会存在物质交换和能量传递。具体地，第一气液平衡系统中压强降低，由于发生液化就会有多余的冷凝液经第二节流阀流入第二气液平衡系统中；而第二气液平衡系统中压强升高，发生气化，并由于两气液平衡系统的压强差导致蒸汽经第一节流阀上升到第一气液平衡系统。最终的结果就是，冷凝液不断地从第一气液平衡系统流入第二气液平衡系统，同时热蒸汽不断地从第二气液平衡系统上升到第一气液平衡系统，由此导致热量会不断地向第二气液平衡系统传递到第一气液平衡系统，从而达到制冷的效果。
C、第一气液平衡系统和第二气液平衡系统中静电场施加方向不变时，改变所施加的静电场的电场强度大小可增大或减小两气液平衡系统中的压强差。
D、当其他条件完全相同时，静电场对物质平衡蒸气压改变受外界环境温度影响，且外界环境温度越高，静电场使平衡蒸气压改变的数值越大。
在一个优选地实施例中，一个气液平衡系统的静电场施加方式为平行于气液分界面，另一个气液平衡系统的静电场施加方式为垂直于气液分界面，静电场对两气液平衡系统的作用效果刚好相反。气液平衡时，两气液平衡系统中的压强差是特定物质在该电场强度下所能达到的最大值。
在一个优选地实施例中，一种静电场作用下的制冷装置为封闭系统，通过施加静电场减小或增大平衡蒸气压从而实现制冷，即与外界之间不存在物质交换，且装置内部包含的物质只会发生气液相变，气液两相中物质的总量不会因此发生改变。
在一个优选地实施例中，气液平衡系统为各向同性的流体电介质系统。当所施加的静电场与气液分界面平行时，施加于气相及液相的静电场的电场强度相等；当所施加的静电场与气液分界面垂直时，已知施加于气相的静电场的电场强度，则施加于液相的静电场的电场强度可通过两种不同电介质在其分界面处所满足的边界条件 求得。其中： 分别为液相和气相垂直于气液分界面的电位移分量， 分别为液相和气相平行于气液分界面的电场强度分量。
下面对本发明的原理进行进一步详细地说明。
在给定温度条件下，当施加的静电场方向与气液分界面平行时，由于静电场的作用，从而影响物质平衡蒸气压降低的量可由式(1)计算而得：
在给定温度条件下，当施加的静电场方向与气液分界面垂直时，由于静电场的作用，从而影响平衡蒸气压升高的量可由式(2)计算而得：
式(1)、(2)中：物理量右上角的字母“L”和“G”分别表示液相和气相中的物理量；p′是在温度T时静电场作用下的平衡蒸气压；p0是无静电场作用时温度T下的平衡蒸气压；ε0为真空介电常数也称真空电容率，其数值为8.85×10
对于均匀电场作用下的电介质系统，由于静电场的作用，气液平衡时气液两相之间存在着压强差，该压强差与物质本身和所施加的静电场的电场强度和方向有关。具体地，该压强差可由式(3)给出：
上式中，物理量右上角的字母“L”表示液相中的物理量，ε0为真空介电常数也称真空电容率，其数值为8.85×10
在热力学上，化学势被认为是物质发生化学反应或相变时由于其分子数的改变而引起的能量的改变。气液平衡时，气液两相化学势相等是物质系统达到相平衡时的一个重要条件。因此，当该静电场作用下的气液平衡系统达到平衡时，两相化学势需满足：
μ′
式(4)中，物理量右上角的“'”表示在静电场作用下的物理量。μ表示物质的化学势，括号后面的参量表示该状态下所对应的化学势，如μ′
静电场作用下的化学势μ′(T,p′)与相同温度、压强条件下无静电场作用时的化学势μ(T,p′)之间有如下关系：
式(5)中，M为物质的摩尔质量， 是偏导数概念，它描述了温度T不变时物质的介电常数ε随着物质本身密度ρ的改变而变化的关系。
由此建立的温度为T时的静电场作用下的平衡蒸气压p′与无静电场作用时的平衡蒸气压p0及所施加的静电场之间的关系可由式(6)给出：
式(6)的推导还用到了ερ＝(ε+2)(ε-1)/3ρ，ερ由Clausius-Mossotti方程推导而来。p0为无静电场作用时的平衡蒸汽压，可由安托尼(Antoine)方程：lg p0＝A-B/(T+C)算得，常数A、B、C可由相关物性手册查询而得。
当静电场平行于两相分界面施加于气液平衡系统时，由式(6)得：
由于物质的介电常数ε
当静电场垂直于两相分界面施加于气液平衡系统时，由式(6)可得：
由于物质的介电常数ε
在一个优选的实施例中，如图1所示，容器1中为第一气液平衡系统，容器2中为第二气液平衡系统。容器1和容器2中的气液平衡系统为均匀电介质的气液平衡系统。气液平衡系统在气液分界面处可划分为液相和气相。系统温度在本发明中为已知量。
同时在容器1和容器2中施加静电场，静电场的施加方向分别为平行于气液分界面和垂直于气液分界面，静电场对两气液平衡系统的作用效果刚好相反。气液平衡时，两容器之间存在压强差，由于该压强差的存在，两系统间会存在物质交换和能量传递。具体地，容器1中压强降低，由于发生液化就会有多余的冷凝液经节流阀2流入容器2中；而容器2中压强升高，发生气化，并由于两容器的压强差导致蒸汽经节流阀1上升到容器1。最终的结果就是，冷凝液不断地从容器1流入容器2，同时热蒸汽不断地从容器2上升到容器1，由此导致热量会不断地从容器2传递到容器1，从而达到制冷的效果。两气液平衡系统之间平衡蒸气压改变量的差值越大，则该物质作为制冷装置的电介质的制冷效果越好。
从本发明的原理上来看，本发明制冷装置使用的电介质可选用任意流体电介质，诸如水、乙醇、苯等。但不同的电介质有不同的效果，由电介质的相变热、介电常数和摩尔体积决定。下面实例以水、乙醇、苯三种物质作为气液平衡系统的电介质，对本发明作更详细地说明。
实施例1
本实施例选用水进行说明。当系统温度为20℃时，无静电场作用时该温度下纯水的平衡蒸气压p0为2344.07Pa。对气液平衡系统施加电场强度为10
当系统温度为40℃时，无静电场作用时该温度下纯水的平衡蒸气压p0为7392.20Pa。对气液平衡系统施加电场强度为10
当系统温度为40℃时，无静电场作用时该温度下纯水的平衡蒸气压p0为7392.20Pa。对气液平衡系统施加电场强度为2×10
实施例2
本实施例选用乙醇进行说明。当系统温度为20℃时，无静电场作用时该温度下乙醇的平衡蒸气压p0为6598.34Pa。对气液平衡系统施加电场强度为10
当系统温度为40℃时，无静电场作用时该温度下乙醇的平衡蒸气压p0为19147.40Pa。对气液平衡系统施加电场强度为10
当系统温度为40℃时，无静电场作用时该温度下乙醇的平衡蒸气压p0为19147.40Pa。对气液平衡系统施加电场强度为2×10
实施例3
本实施例选用苯进行说明。当系统温度为20℃时，无静电场作用时该温度下苯的平衡蒸气压p0为2982.74Pa。对气液平衡系统施加电场强度为10
当系统温度为40℃时，无静电场作用时该温度下苯的平衡蒸气压p0为7950.42Pa。对气液平衡系统施加电场强度为10
当系统温度为40℃时，无静电场作用时该温度下苯的平衡蒸气压p0为7950.42Pa。对气液平衡系统施加电场强度为2×10
从以上各实施例可知，静电场对气液平衡系统平衡蒸气压的改变受内因和外因的影响。内因主要指物质的材料属性包括其介电常数和摩尔体积等物理性质，外因则包括静电场的电场强度的数值大小和具体的施加方式，同时也包括具体的外界环境条件，也就是平衡温度。
以上各实施例具有如下规律：
(1)当其他条件完全相同时，所施加静电场对物质平衡蒸气压改变受外界环境温度影响，且外界环境温度越高，静电场使平衡蒸气压改变的数值越大。故本发明的制冷装置在高温条件下比低温条件下实施效果会更好。
(2)当其他包括静电场施加方向等条件相同时，所施加静电场的电场强度的数值越大时，静电场对气液平衡系统平衡蒸气压的影响越大，且当电场强度的数值变为原来的2倍时，平衡蒸气压的改变远大于原来的2倍。
(3)当其他条件完全相同时，电场强度数值相同的静电场平行施加于气液界面时对平衡蒸气压的改变远大于相同条件下静电场垂直施加于气液界面时对物质平衡蒸气压的改变。
(4)当其他条件完全相同时，静电场对不同的电介质影响效果不同。电介质本身的介电常数与气相摩尔体积等的差异均会使静电场对其产生的效果存在较大数值的差别。
以上实例所选用的物质均为较具有代表性，所采用的具体实施方式也是较为合理的方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
一种静电场作用下的制冷装置专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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