[发明专利]利用形状记忆效应的热泵

说明书

本发明提供了一种热泵系统和方法，包括形状记忆合金(SMA)或负热膨胀(NTE)芯(2a，2b)，该芯放置在壳体中并且被适配用于响应于以第一温度输入的第一流体而吸收热量并储存能量。该壳体被配置为经由入口接收第二流体，其中，一装置改变该壳体中的压力以使该SMA或NTE芯改变状态，从而将吸收的热量释放到该第二流体中。出口被适配用于以高于该第一温度的温度输出该第二流体。

技术领域

本披露涉及热泵。具体地，本披露涉及用于加热系统和/或冷却系统(诸如空调系统)的热泵。

背景技术

在加热、通风和空调(“HVAC”)应用中，热泵(“HP”)技术已获得了广泛的商业认可。这些热泵技术可以提供能量节省和排放减少，并且通常被安装用于建筑物或汽车应用等中的加热和冷却系统。

存在若干类型的热泵。大多数现有技术利用膨胀/压缩循环，许多热泵按热源分类，例如，空气源热泵或地源热泵。热泵中使用的基本技术是相似的。空气源热泵在低温下的性能有限(在-18℃下，CoP往往约为1(由于卡诺循环)，因此电阻加热更为有效，在较高的操作温度下CoP可以达到4)。地源热泵的入口温度更稳定，但受到当前技术的性能系数(CoP)的限制。

全球需要对建筑物中的加热和冷却进行脱碳处理。加热通常使用碳基燃料燃烧，这会将碳释放到大气中。在更温暖的气候下，冷却和空调可能是主要的电力负荷。可以潜在地从单个封装体提供加热和冷却。如果其使用可再生电力，则其可以是零排放技术。当前的热泵技术通常使用具有高全球变暖潜势并且可能具有高毒性的制冷剂，这是不希望的。风扇和泵具有可能令人讨厌的噪音特征。当前的HP技术的CoP为3到4。通过提高CoP，可以减少电力消耗，这在使用不可再生电力的情况下减少了碳排放。而且，常规HP技术可能具有受环境空气温度影响的CoP，这是不希望的。Radermacher等人的美国专利公开号US20160084544披露了一种热泵系统，该系统使用SMA材料管，在其中填充了其他未知材料的管或棒以占据体积并因此去除废弃的蓄热体，从而有助于提高系统的效率。然而，这种配置的问题在于它们的热效率低，并且不能均匀地膨胀和/或收缩。此外，在使用期间管会屈曲。Cui等人的美国专利公开号US 20120273158披露了一种系统，该系统加捻一束SMA金属丝以释放热量。该系统效率也不高，并且在操作期间会屈曲。转让给弗劳恩霍夫(Fraunhofer)的德国专利公开号DE 102016100596和DE 10215121657描述了一种使用SMA材料在热系统中释放热量的通用系统。

因此，本发明的目的是生产一种大大提高性能系数(CoP)的热泵系统。另一个目的是提供一种改进的冷却系统。

发明内容

根据本发明，如所附权利要求中所述，提供了一种热泵系统，该热泵系统包括：

形状记忆合金(SMA)或负热膨胀(NTE)芯，其被放置在壳体中并且被适配用于响应于以第一温度输入的第一流体而吸收热量并储存能量，其中，该SMA或NTE芯包括多个基本平行布置以限定该芯的元件或金属丝；

该壳体被配置为经由入口接收相同的流体或第二流体，其中，一装置改变该壳体中的SMA或NTE芯上的应力以使该SMA或NTE芯改变状态，从而将吸收的热量释放到该流体中；以及

出口，该出口被适配用于根据热量是否已经被该SMA或NTE芯释放或吸收，来以相对于该第一流体或该第二流体的温度较高或较低的温度输出该流体。

本发明解决的问题是一种热泵，其可以表现出比任何其他现有技术的热泵系统高得多的CoP。可以实现六或更高的CoP。另外，本发明不包含任何具有高全球变暖潜势的有害流体或材料。本发明可以提供以下优点或特征中的一个或多个：

·在热吸收和热释放阶段期间，流体可以移动或静止

·可以使用级联的各级来提高(随金属丝在不同温度范围内操作或随流速)的温度变化