[实用新型]一种基于记忆合金热弹效应的活塞-液缸制冷装置

说明书

一种基于记忆合金热弹效应的活塞‑液缸制冷装置，属于制冷技术领域。装置由电机动力系统、记忆合金热弹效应制冷体、双路可控液流热交换系统组成。电机通过曲柄连杆带动活塞在液缸内作直线往复运动。记忆合金体置于活塞与液缸底的空间内，活塞的往复运动使记忆合金体周期性加载变形和卸载形状恢复，相应地产生交替的马氏体相变放热和逆相变吸热现象。活塞阀芯与液缸侧壁开孔组成两对阀芯入口和两对阀芯出口，活塞运动于上、下半周时各有一对阀芯入口和出口开通，控制一路热交换液流进入液缸，与记忆合金体发生热交换。活塞往返一次，热量由一路液流通过记忆合金传输到另一路液流，完成一次制冷循环过程。本实用新型装置结构紧凑，制冷效能高，用于空调、冰箱等制冷系统。

技术领域

本实用新型属于制冷领域，具体涉及一种基于记忆合金热弹效应的活塞-液缸制冷装置。

背景技术

传统的制冷技术依赖压缩蒸汽制冷剂(如氟利昂)的液-汽相变潜热实现热量由低温环境向高温环境的可控传输。然而，蒸汽制冷剂对环境有严重的影响，其地球变暖潜势(GWP)比CO₂气体高1000倍。资料显示，近十几年来汽车工业的快速发展，汽车空调压缩蒸汽排放已经成为臭氧层损耗、温室效应以及全球变暖等生态危机的一个主要因素。尽管人们努力开发无氟气体冷却剂(如氨等)，然而大多数蒸汽制冷剂依然存在温室效应，不能完全解决蒸汽压缩制冷技术所带来的环境问题。因此亟需研制蒸汽制冷剂的替代材料和新型制冷技术。

记忆合金具有可逆的热弹性固态相变，即在一定温度下施加应力时记忆合金由奥氏体转变为马氏体；去除应力过程中记忆合金由马氏体转变为奥氏体相。伴随这种可逆的热弹性固态相变过程，记忆合金释放或者吸收一定数量的相变潜热。利用记忆合金的热弹性固态相变替代压缩蒸汽的气-液相变，可以开发固体制冷剂材料和新型制冷技术。记忆合金热弹性固态相变制冷(以下简称为弹热效应制冷)技术的过程可以描述为：在一定温度T0下，加载使记忆合金发生马氏体相变(奥氏体转变成马氏体)，释放相变潜热，记忆合金自身被相变潜热加热而温度升高到T1；通过热交换将该热量传输到环境1，记忆合金的温度降回到T0；随后的卸载记忆合金发生逆相变(马氏体转变为奥氏体)，需要补充相变潜热，记忆合金自身温度被冷却降低到T2(T2<T0<T1)；通过热交换记忆合金吸收环境2的热量，才能使其温度重新升到T0。如此完成一个制冷循环。随着制冷循环过程的不断进行，环境2的热量经记忆合金而不断传输给环境1，实现热量从低温(环境2)向高温(环境1)的可控传输，环境2的温度逐渐下降，从而实现制冷效果。理论上，记忆合金的制冷制冷系数(COP)是压缩蒸汽制冷吸收的1.38倍。可见，记忆合金热弹效应制冷不仅环保，而且高效经济。美国能源部2014年发布的一份关于可替代制冷技术的报告指出，弹热效应制冷是所有固体制冷技术中最具有发展前景的技术。