[發(fā)明專(zhuān)利]一種彈熱制冷系統(tǒng)及其制冷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010700586.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111854222B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢(qián)蘇昕;陳炎亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F25B23/00
• 分類(lèi)號(hào): F25B23/00
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 房鑫

一種彈熱制冷系統(tǒng)及其制冷方法，制冷系統(tǒng)包括機(jī)架以及傾斜安裝在機(jī)架上的電機(jī)，電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器和絲桿的一端相連，絲桿的另一端安裝限位器，絲桿上安裝螺紋配合的絲桿滑塊；機(jī)架的內(nèi)部水平設(shè)置有形狀記憶合金，形狀記憶合金的一端與絲桿滑塊連接，另一端與設(shè)置在滑軌上的滑軌滑塊連接，滑軌豎直安裝在機(jī)架上；電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，形狀記憶合金在絲桿滑塊以及滑軌滑塊的帶動(dòng)下同時(shí)產(chǎn)生水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)；形狀記憶合金的上下兩側(cè)分別設(shè)置熱端散熱器和冷端散熱器，形狀記憶合金在拉伸狀態(tài)下與熱端散熱器接觸，收縮狀態(tài)下與冷端散熱器接觸，冷端散熱器冷卻冷藏發(fā)泡箱體內(nèi)的儲(chǔ)物。本發(fā)明簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，制冷過(guò)程穩(wěn)定可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制冷與空調(diào)領(lǐng)域，具體涉及一種彈熱制冷系統(tǒng)及其制冷方法。

背景技術(shù)

隨著制冷技術(shù)在過(guò)去幾十年里的進(jìn)步與發(fā)展，很大一部分的能源消耗來(lái)自于制冷設(shè)備的消耗，其中蒸氣壓縮式制冷技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冰箱、空調(diào)、冷鏈運(yùn)輸?shù)确矫妫魵鈮嚎s式制冷已經(jīng)可以達(dá)到相對(duì)可觀的卡諾循環(huán)效率，但其所采用的制冷劑會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生諸多負(fù)面效應(yīng)。蒸氣壓縮式制冷使用的氟氯烴、氟代烴類(lèi)制冷劑對(duì)臭氧層的破壞作用明顯，氫氯烴類(lèi)制冷劑不會(huì)對(duì)臭氧層產(chǎn)生破壞作用，但其溫室氣體效應(yīng)仍然十分嚴(yán)重，因此目前全球都在開(kāi)展著新型制冷技術(shù)的研究，這其中，基于固態(tài)制冷技術(shù)的彈熱制冷被認(rèn)為是最有希望替代傳統(tǒng)氣體壓縮制冷的新型制冷技術(shù)。彈熱制冷是指形狀記憶合金在受到外界機(jī)械應(yīng)力的拉伸或壓縮條件下，發(fā)生馬氏體相變，從而使得形狀記憶合金的潛熱得以吸收和釋放，這一概念最早由英國(guó)科學(xué)家在2004年提出。彈熱制冷利用固態(tài)形狀記憶合金制冷劑在受到驅(qū)動(dòng)應(yīng)力的加載下發(fā)生相變過(guò)程所釋放和吸收的熱量來(lái)產(chǎn)生制冷效應(yīng)，具有環(huán)境友好、節(jié)能高效的特點(diǎn)。

現(xiàn)階段彈熱制冷技術(shù)還面臨著許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，這其中主要包括了材料相變需要提供較大的驅(qū)動(dòng)應(yīng)力、材料大應(yīng)力-小位移產(chǎn)生的和驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配性問(wèn)題以及彈熱制冷目前所能達(dá)到的系統(tǒng)溫差還有待提高。由于材料的熱量需要通過(guò)固體直接接觸或者利用傳熱流體的方式吸收和釋放，因此傳熱過(guò)程必然伴隨著損耗，這就需要通過(guò)合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)循環(huán)流程以及提高材料導(dǎo)熱率等方面來(lái)達(dá)到傳熱強(qiáng)化的過(guò)程；為了解決材料所需的大驅(qū)動(dòng)應(yīng)力的問(wèn)題，則需要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)高效、緊湊的驅(qū)動(dòng)裝置等方式來(lái)克服這一難題；此外除了通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，還可以采用氣動(dòng)缸、液壓缸、螺旋千斤頂、壓電裝置或曲軸裝置來(lái)提供驅(qū)動(dòng)力，但是不論采用哪種驅(qū)動(dòng)方法，都應(yīng)該滿(mǎn)足大應(yīng)力、小位移的特性。總而言之，目前關(guān)于彈熱制冷技術(shù)的具體運(yùn)用，在材料、部件和設(shè)計(jì)系統(tǒng)等方面還有著較大的提升空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)彈熱制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效率不高的問(wèn)題，提供一種彈熱制冷系統(tǒng)及其制冷方法，通過(guò)單臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)形狀記憶合金材料同時(shí)完成拉伸收縮以及和上下兩側(cè)換熱器接觸的過(guò)程，簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，制冷過(guò)程穩(wěn)定可靠。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下的技術(shù)方案：

一種彈熱制冷系統(tǒng)，包括機(jī)架以及傾斜安裝在機(jī)架上的電機(jī)，電機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器和絲桿的一端相連，絲桿的另一端安裝限位器，絲桿上安裝螺紋配合的絲桿滑塊；機(jī)架的內(nèi)部水平設(shè)置有形狀記憶合金，形狀記憶合金的一端與絲桿滑塊連接，另一端與設(shè)置在滑軌上的滑軌滑塊連接，所述的滑軌豎直安裝在機(jī)架上；電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，形狀記憶合金在絲桿滑塊以及滑軌滑塊的帶動(dòng)下同時(shí)產(chǎn)生水平和豎直方向運(yùn)動(dòng)；形狀記憶合金的上下兩側(cè)分別設(shè)置熱端散熱器和冷端散熱器，所述的形狀記憶合金在拉伸狀態(tài)下與熱端散熱器接觸，收縮狀態(tài)下與冷端散熱器接觸，熱端散熱器通過(guò)散熱風(fēng)機(jī)向環(huán)境放熱，冷端散熱器冷卻冷藏發(fā)泡箱體內(nèi)的儲(chǔ)物。

作為優(yōu)選，所述的絲桿滑塊通過(guò)第一夾具與形狀記憶合金的一端連接，滑軌滑塊通過(guò)第二夾具與形狀記憶合金的另一端連接，第一夾具與第二夾具通過(guò)一組線性軸承連接，使得兩個(gè)夾具在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠始終保持在同一水平線上。

作為優(yōu)選，所述機(jī)架提供用于傾斜安裝電機(jī)的斜面，熱端散熱器和冷藏發(fā)泡箱體安裝在機(jī)架上，冷端散熱器與冷藏發(fā)泡箱體連接，散熱風(fēng)機(jī)與熱端散熱器連接。