[发明专利]回热器及包括其的制冷系统

说明书

本发明提供了一种回热器以及一种制冷系统。该回热器包括：第一筒状件、第二筒状件以及第一连接件。第一筒状件设置在第二筒状件的内部。第一筒状件和第二筒状件通过第一连接件连接并相互支撑。第一筒状件、第二筒状件和第一连接件由形状记忆合金制成。

技术领域

本发明属于固态制冷技术领域，具体涉及一种基于形状记忆合金的回热器。

背景技术

自20世纪初循环压缩蒸气以实现制冷的原理被提出后，蒸气压缩制冷技术中的瓶颈问题逐一被突破，核心部件诸如压缩机、换热器等的设计也臻于完善。然而，该技术从原理上要求必须使用诸如卤代烃等会产生并加剧臭氧破坏、温室效应的制冷剂。随着这项技术在现代空调、冰箱等产品中的广泛应用，上述全球性环境问题显得愈发严峻，研发现有的蒸气压缩制冷技术的替代技术刻不容缓。

其中，以形状记忆合金的弹热效应为设计基础的固态制冷技术是一种环境友好、具有较大性能潜力的替代技术，其原理于2004年由英国科学家提出，是基于形状记忆合金在单轴循环应力下马氏体相变过程吸收和释放的潜热。该技术现已被美国能源部认为是最具潜力的新型制冷技术。

近年来，学者们在此领域逐步提出了一些基于形状记忆合金弹热效应的制冷机械结构及系统方案，但现有的制冷机械原型机均存在制冷效率偏低，所用的回热器存在力学稳定性不好等问题。

例如，CN108954901A公开了一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其主要特征是通过控制机构分别与制冷泵、电动压机相连接，驱动第一传动块和第二传动块沿着内径为3mm-5mm、外径为5mm-7mm的形状记忆合金管(回热器)的轴向方向线性循环运动，同时通过滚珠丝杆控制吸热剂于管内循环流动，输出回热器自身的冷量和热量以实现输出系统温差。该发明虽然详细地设计了基于循环压缩加载条件下新一代制冷原型机，但其推荐使用的回热器(最优选的形状记忆合金管参数为内径4mm、外径6mm)单位体积内和流体实际接触的有效换热面积只有0.8m²。这导致了整机驱动频率偏低(0.2Hz-0.3Hz)的同时，加载卸载间仍需保持1s-2s的时间给回热器和换热介质进行充分换热。

另外，CN106052190A公开了一种主动回热式弹热制冷系统，其主要特征是包括高温侧换热器、低温侧换热器、至少两个由弹热制冷材料构成的回热器及热交换流体网络以将热量从低温侧排向高温侧。该文献虽然提及平行薄膜型回热器结构、穿孔型回热器结构、蜂窝状回热器结构和波浪型回热结构，但既没有对比不同结构回热器的制冷效率，也没有论证这些结构的力学稳定性。例如，二维拓扑学认为有且只有三角形、四边形和六边形可以既无重叠也无空隙地铺满整个二维平面，而该发明中所提及的“穿孔型回热器结构”使用圆形结构填充二维平面，其从设计上就存在着孔间距必然不一致的结构缺陷，进而势必会影响其力学稳定性。

发明内容

[要解决的技术问题]

现有技术中，回热器的有效换热面积小，回热器的力学稳定性不好。本技术方案的目的在于提供高制冷效率、力学稳定性好的回热器。

[技术方案]

本发明的第一方面在于提供一种回热器，包括：第一筒状件、第二筒状件，所述第一筒状件设置在所述第二筒状件的内部；以及第一连接件，所述第一筒状件和所述第二筒状件通过所述第一连接件连接并相互支撑，其中，所述第一筒状件、第二筒状件和所述第一连接件由形状记忆合金制成。

本发明的第二方面在于提供一种制冷系统，包括第一方面中所述的回热器。

[发明的有益效果]

本发明通过设置多层筒状件可以实现单位体积内更大的和流体直接接触的有效换热面积。与压缩形状记忆合金圆柱、圆管相比，本发明结构的回热器通过让流体在其内部各级筒状件和连接件之间流动，单位体积内有效换热面积可提高约300％-500％。