本發(fā)明涉及彈熱制冷領(lǐng)域，具體是一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、彈熱制冷主要是通過利用形狀記憶合金，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的晶格相變來實現(xiàn)制冷效果，具體過程為，當對形狀記憶合金施加軸向應(yīng)力時，如奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，會釋放潛熱，導(dǎo)致合金溫度上升；卸載應(yīng)力時，馬氏體回變?yōu)閵W氏體，逆向相變過程吸收潛熱，導(dǎo)致合金溫度降低，從而產(chǎn)生制冷效果。除了形狀記憶合金，彈性體材料，例如天然橡膠，拉伸會發(fā)熱，縮回會降低溫度。

2、彈熱制冷相較于傳統(tǒng)蒸氣壓縮式制冷技術(shù)，具有溫室效應(yīng)低、零排放的優(yōu)點，但對形狀記憶合金施加軸向應(yīng)力時需要有驅(qū)動力，為了避免造成間接污染，將清潔能源作為驅(qū)動力的能源是優(yōu)選。地?zé)嵴羝且环N重要的地?zé)崮苜Y源，它是指地下深處的水在地?zé)嶙饔孟卤患訜岫纬傻恼羝Y源，是一種可再生資源。地?zé)嵴羝ǔ＞哂懈邷?、高壓的特點。利用地?zé)嵴羝M行能源生產(chǎn)和利用，有助于減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴，減少溫室氣體排放，促進能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。只是對地?zé)嵴羝蠖喽际菓?yīng)用于發(fā)電或供暖上，對其直接利用的領(lǐng)域尚且不多，彈熱制冷領(lǐng)域也還未出現(xiàn)利用地?zé)嵴羝峁?qū)動能的驅(qū)動裝置。

3、基于此，本發(fā)明旨在提供一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置及方法，以地?zé)嵴羝鳛闉轵?qū)動能源，解決傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷的制冷劑所帶來的污染問題，提供一種更為環(huán)保的制冷裝置以及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了彌補現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明提供了一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置及方法，采用固體制冷，無需使用制冷劑，避免了使用制冷劑所帶來的環(huán)保問題，具有溫室效應(yīng)低、零排放的優(yōu)點；另外，本發(fā)明以地?zé)嵴羝鳛轵?qū)動能，避免間接造成污染。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，包括制冷部分、驅(qū)動部分、控制部分；所述制冷部分包括固定安裝的呈長方體狀的制冷室殼體，制冷室殼體上方設(shè)有與制冷室殼體連通的被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道，制冷室殼體下方設(shè)有與制冷室殼體連通的冷卻介質(zhì)進入管道、被冷卻介質(zhì)進入管道；制冷室殼體內(nèi)靠近右端設(shè)有驅(qū)動軸，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動安裝于筒體的前、后側(cè)壁上，驅(qū)動軸前端穿過制冷室殼體前側(cè)壁伸出制冷室殼體外側(cè)；制冷室殼體內(nèi)設(shè)有若干根制冷元件，所有制冷元件一端固定于制冷室殼體左側(cè)壁上，另一端固定于驅(qū)動軸上；所述驅(qū)動部分包括驅(qū)動室殼體，所述驅(qū)動軸前端伸入驅(qū)動室殼體內(nèi)，驅(qū)動軸前端固定安裝葉輪；驅(qū)動室殼體下方設(shè)有連通驅(qū)動室殼體的地?zé)嵴羝镎羝麑?dǎo)入管，蒸汽導(dǎo)入管旁設(shè)有與驅(qū)動室殼體相連通的冷凝水排除管，驅(qū)動室殼體上方設(shè)有與驅(qū)動室殼體相連通的蒸汽導(dǎo)出管；所述控制部分包括設(shè)置于被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)進入管道、被冷卻介質(zhì)進入管道、蒸汽導(dǎo)入管、冷凝水排除管、蒸汽導(dǎo)出管的閥門，所有閥門均通過控制電路與控制電腦相連。

4、本發(fā)明制冷元件的材料為形狀記憶金屬；或者天然橡膠。形狀記憶金屬包括鎳鈦絲、鈦鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻、鐵錳硅合金。

5、本發(fā)明驅(qū)動軸包括尼龍纖維材料、sm45c鋼、環(huán)氧復(fù)合材料鋁或不銹鋼加工成桿狀?？梢猿惺芨邚姸扰まD(zhuǎn)振動、抗拉強度高。

6、本發(fā)明蒸汽導(dǎo)出管的末端與余熱利用裝置或冷卻裝置相連接，余熱利用裝置或冷卻裝置產(chǎn)生的冷凝水導(dǎo)入回灌井中；所述冷凝水排除管連接至回灌井內(nèi)。

7、本發(fā)明被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、被冷卻介質(zhì)進入管道分別的位于筒體左右對角兩端；冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)進入管道分別位于筒體左右對角兩端。

8、本發(fā)明制冷室殼體外包裹有隔熱層。隔熱層起到保溫的作用，避免筒內(nèi)冷卻介質(zhì)或被冷卻介質(zhì)與外界之間發(fā)生熱傳遞。

9、一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷方法，包括如下步驟，

10、1）控制電腦通過控制線路命令冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)進入管道上的閥門打開，冷卻介質(zhì)進入到制冷室殼體內(nèi)；

11、2)控制電腦通過控制線路命令蒸汽導(dǎo)入管、蒸汽導(dǎo)出管上的閥門打開,地?zé)嵴羝M入到驅(qū)動室殼體內(nèi)，并驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)，制冷元件被拉長并纏繞在驅(qū)動軸上，此過程中制冷元件對外放熱，產(chǎn)生的熱量被冷卻介質(zhì)吸收帶走；未液化的蒸汽通過蒸汽導(dǎo)出管進入余熱利用裝置或冷卻裝置，余熱利用或冷卻過程中產(chǎn)生的冷凝水流入回灌井中；

12、3）制冷元件在拉長到最大允許限度時，控制電腦通過控制線路關(guān)閉蒸汽導(dǎo)入管、蒸汽導(dǎo)出管、冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)進入管道上的閥門；控制電腦通過控制線路打開冷凝水排除管上的閥門，驅(qū)動室內(nèi)產(chǎn)生的冷凝水通過冷凝水導(dǎo)出管流入回灌井中，排除冷凝水后關(guān)閉此閥門；

13、4）控制電腦通過控制線路打開被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、被通冷卻介質(zhì)進入管道上的閥門，被冷卻介質(zhì)進入制冷室殼體內(nèi)中，此過程中制冷元件收縮，被冷卻介質(zhì)經(jīng)制冷元件時降溫，直至制冷元件恢復(fù)至原狀，被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、被通冷卻介質(zhì)進入管道上的閥門關(guān)閉；一個制冷周期完成，如此反復(fù)進行制冷。

14、本發(fā)明被冷卻介質(zhì)與冷卻介質(zhì)為同種氣體或同種液體，并且不能和制冷元件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、1、本發(fā)明采用固體制冷，對制冷元件施加軸向應(yīng)力時，會釋放潛熱；卸載應(yīng)力時，逆向相變過程吸收潛熱；相較于傳統(tǒng)的蒸氣壓縮式制冷技術(shù)，無需使用制冷劑，避免了使用制冷劑所帶來的環(huán)保問題，具有溫室效應(yīng)低、零排放的優(yōu)點。

17、2、本發(fā)明利用地?zé)嵴羝掷m(xù)、高壓的特點，將其作為動力源，通過控制部分，將地?zé)嵴羝膭幽苻D(zhuǎn)化為整個裝置的驅(qū)動能的，實現(xiàn)的對制冷元件的拉伸，直接將地?zé)嵴羝膭幽苻D(zhuǎn)化為整個裝置的驅(qū)動能，一方面，地?zé)嵴羝闹苯域?qū)動提高了能量的轉(zhuǎn)換化；另一方面，地?zé)嵴羝G色環(huán)保，利用其提供驅(qū)動能不會造成間接污染。

18、3、本發(fā)明通過控制部分控制蒸汽導(dǎo)入管道上閥門開度來改變蒸汽流量，蒸汽流量的改變可以控制制冷元件的拉伸速度，從而改變制冷原件拉長和縮回周期。

19、4、本發(fā)明制冷元件數(shù)量可根據(jù)制冷能力的需求進行安裝，制冷元件沿驅(qū)動軸軸線間隔分布。

技術(shù)特征：

1.一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，包括制冷部分、驅(qū)動部分、控制部分；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，所述制冷元件的材料為形狀記憶金屬；或者天然橡膠。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，所述形狀記憶金屬包括鎳鈦絲、鈦鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻、鐵錳硅合金。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，驅(qū)動軸包括尼龍纖維材料、sm45c鋼、環(huán)氧復(fù)合材料鋁或不銹鋼加工成桿狀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，所述蒸汽導(dǎo)出管的末端與余熱利用裝置或冷卻裝置相連接，余熱利用裝置或冷卻裝置產(chǎn)生的冷凝水導(dǎo)入回灌井中；所述冷凝水排除管連接至回灌井內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，所述被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、被冷卻介質(zhì)進入管道分別的位于筒體左右對角兩端；冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、冷卻介質(zhì)進入管道分別位于筒體左右對角兩端。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置，其特征在于，制冷室殼體外包裹有隔熱層。

8.一種利用如權(quán)利要求1-7任一項所述固體制冷裝置實現(xiàn)的地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷方法，其特征在于，包括如下步驟，

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷方法，其特征在于，所述被冷卻介質(zhì)與冷卻介質(zhì)為同種氣體或同種液體，并且不能和制冷元件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種地?zé)嵴羝?qū)動的固體制冷裝置及方法，屬于涉及彈熱制冷領(lǐng)域，包括制冷部分、驅(qū)動部分、控制部分；制冷室殼體內(nèi)設(shè)有驅(qū)動軸，驅(qū)動軸一端伸出制冷室殼體進入驅(qū)動室殼體內(nèi)，驅(qū)動軸上設(shè)有葉輪，通過蒸汽導(dǎo)入管將地?zé)嵴羝腧?qū)動室并推動葉輪轉(zhuǎn)動；制冷室內(nèi)設(shè)有制冷元件，制冷元件兩端分別固定于驅(qū)動軸、制冷室殼體上；蒸汽導(dǎo)入管、冷凝水排除管、蒸汽導(dǎo)出管、冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、被冷卻介質(zhì)導(dǎo)出管道、被冷卻介質(zhì)進入管道、冷卻介質(zhì)進入管道上均設(shè)有閥門，所有閥門通過控制線路與控制電腦連接；利用地?zé)嵴羝鳛槟茉?，對制冷元件拉伸，從而實現(xiàn)周期性的制冷；避免了蒸氣壓縮式使用的制冷劑可能帶來的環(huán)保問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王庚,榮鼐,李雪飛,胡寧,程海峰,李悅敏,張治,王育涵
受保護的技術(shù)使用者：安徽建筑大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9