[发明专利]一种扭转制冷装置及其扭转制冷方法

说明书

本发明公开了一种扭转制冷装置及其扭转制冷方法，其包括伺服电机、步进电机机构、转盘机构、圆环机构、导电滑环、控制装置、扭转材料、制冷放热分隔支架；转盘机构包括第一转盘、第二转盘；扭转运行时分为区域a上缓冲区、区域d制冷区、区域c下缓冲区、区域b放热区，区域a、区域c的圆周夹角为θ，区域b、区域d的圆周夹角α=180°‑θ；本发明利用伺服电机实现周期性转动的同时，依靠步进电机带动完成扭转材料周期性螺旋加捻、解捻过程，同时最大程度避免了制冷区域有放热或者放热区域有吸热情况的发生，保证了扭转材料从自由态正向扭转、反向扭转、再回到自由态，从而实现扭转制冷过程的连续进行。该新型制冷装置不需要使用制冷剂，解决了蒸气压缩式制冷中使用制冷剂破坏臭氧层、引发温室效应问题。

技术领域

本发明涉及一种扭转制冷装置及其扭转制冷方法，属于制冷技术领域。

背景技术

制冷是从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。制冷技术是为适应人们对低于环境温度条件的需要而产生和发展起来的。

目前所利用的常见的制冷技术是蒸气压缩式制冷，蒸气压缩式制冷系统是由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等四个主要部分组成，用管道依次连接，形成一个完全封闭的系统，制冷剂在这个封闭的制冷系统中以流体状态循环，通过相变，连续不断地从蒸发器中吸取热量，并在冷凝器中放出热量，从而实现制冷的目的。

蒸气压缩式制冷技术利用的CFC、HCFC类制冷剂具有臭氧层破坏效应，并且制冷剂泄漏会危害人体和环境，这类传统的制冷剂根据《蒙特利尔议定书》已经或将要逐步淘汰。目前人们使用HFC类制冷剂来取代它们，然而HFC类制冷剂具有温室效应，对全球变暖有不利的影响。HC类制冷剂虽然环保性能好，但是普遍存在易燃易爆的缺点，对制冷系统的安全运行带来隐患。

固态冷却技术是一种新型的非蒸气压缩制冷技术，该技术主要是利用特定类别材料所表现出的显著的热效应来实现的，其中弹热效应是近年来科研者致力于研究探索的新型制冷技术之一。对材料施加单轴应力，材料在外部应力的作用下可由奥氏体相状态转变为马氏体相状态，导致熵减小并向外界放出热量；与此相反，去除应力，材料将会发生由马氏体相向奥氏体相转变的逆向相变，逆向的相变导致熵增大，从周围环境中吸取热量，由此可以产生制冷效应，此过程为弹热效应。

在弹热制冷系统中想要取得较好的冷却效果，至少需要将适用于弹热制冷的扭转材料预拉伸数倍，然后收缩回去，这意味着弹热制冷需要较大的体积，对于机器设备的尺寸是一个严重的挑战。

扭转制冷技术是一种新型的固态制冷方法，不使用制冷剂，不存在GWP(全球变暖潜能值)、ODP(消耗臭氧潜能值)问题，且无毒性、无可燃性。扭转制冷是通过改变纱线、纤维、合金丝等材料的扭转程度来实现制冷。利用扭转实现奥氏体相状态与马氏体状态的变化，扭转过程中放出热量，从扭转状态回到自由态吸收热量，从而产生制冷或制热的目的。有文献报道称，用扭转制冷代替弹性制冷，材料冷却效率提高了一倍，制冷材料的体积缩小到了七分之二。像合金丝这样的扭转固体材料，需要固定在一个特定的位置，如何让它只从制冷区吸收热量，并且只向制冷区以外的地方释放热量，实现连续的冷量输出成为了棘手的难题，这也是阻碍扭转热制冷发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种扭转制冷装置及其扭转制冷方法。