[发明专利]一种热驱动的双效弹热制冷循环方法及系统

说明书

一种热驱动的双效弹热制冷循环方法及系统，由两个具有不同相变温度的高温驱动组形状记忆合金分别从高温、中温热源吸热，驱动两组低温制冷组形状记忆合金从低温冷藏空间吸热从而制冷。其中，中温热源由收集高温热源的余热得到，实现热源的梯级能量利用以及连续制冷。制冷系统包含四组记忆合金，分别为：高温驱动组记忆合金、中温驱动组记忆合金以及两组低温制冷组记忆合金，采用形状记忆合金作为热驱动工质，替代了用电机驱动的方式，可以更好地利用可再生能源，比现有的电驱动弹热制冷方案实现更紧凑的制冷效果。

技术领域

本发明涉及制冷循环技术，具体涉及一种热驱动的双效弹热制冷循环方法及系统。

背景技术

蒸汽压缩循环是目前全球采用最为广泛的制冷技术，被广泛应用于空调、冰箱、冷柜机组。自20世纪初以来，蒸汽压缩循环中的压缩机、换热器等核心部件已经经历数代发展，目前最后秀的蒸汽压缩制冷系统的制冷效率已经接近40～45％卡诺循环的理论效率。蒸汽压缩制冷系统大量使用对环境气候变化不利的氟氯烃、氟代烃等制冷剂，这些制冷剂的温室气体效应大多为二氧化碳气体的1000倍以上，以欧盟为首的诸多国家已逐步立法限制并且禁止这些制冷剂的使用。在此大背景下，弹热制冷技术是近年来被提出的一种环境友好的、具有较大性能潜力的、负面因素较小的一种替代制冷技术。美国能源部的研究报告指出，弹热制冷技术可实现42％的卡诺循环效率，是目前性能潜力最大的非蒸汽压缩制冷技术。然而，弹热制冷系统的设计仍然存在较多挑战。例如驱动装置与制冷装置质量比过大的缺点。这是可以通过将电驱动装置改换为热驱动的驱动组形状记忆合金来改进，并且已经有相关专利。

值得指出的是，专利CN107289668A公开的单效热驱动弹热制冷循环的系统设计方案，提供了利用低品位热能驱动组形状记忆合金提供动力进而制冷的基本方案，但是在此设计方案当中，低品位热能仅被一组驱动组记忆合金单次利用，一个单位的热量可以在单组驱动组记忆合金内完成单次加载，可以使一组低温制冷组记忆合金产生一次相变，对应了一个单位的制冷量，即所谓的单效循环的设计。低品位热能利用完成后，驱动组记忆合金被常温热汇冷却，尽管可以通过增加回热的方式提高热源利用效率，但低品位热源加热驱动组记忆合金之后的余热无法直接用于增加循环制冷能力，热驱动型弹热制冷系统的效率不足。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中热驱动型弹热制冷系统制冷效率不足的问题，提供一种热驱动的双效弹热制冷循环方法及系统，能够实现更紧凑的制冷效果。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种热驱动的双效弹热制冷循环方法，包括以下步骤：

第一过程：高温驱动组记忆合金由高于其奥氏体终止温度T_af1的温度为T_g的高温热源驱动供热，通过第一机械耦合部件向第一低温制冷组记忆合金提供加载过程所需的驱动力，第一低温制冷组记忆合金被加载相变为马氏体，相变升温；同时，中温驱动组记忆合金被温度低于其马氏体终止温度T_mf2的温度为T_h的常温热汇冷却，从而转变回马氏体，通过第二机械耦合部件卸载第二低温制冷组记忆合金，第二低温制冷组记忆合金被卸载相变为奥氏体，相变降温；

第二过程：高温驱动组记忆合金继续由高温热源供热，保持T_g的温度，中温驱动组记忆合金保持T_h的温度；第一低温制冷组记忆合金相变升温结束后向常温热汇放热；同时，第二低温制冷组记忆合金相变降温结束后将冷量传递至冷藏空间；