CN108870791A - 一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统，包括提供冷量的制冷装置、被冷却对象、形状记忆合金以及真空杜瓦瓶。提供冷量的制冷装置、被冷却对象以及形状记忆合金均置于真空杜瓦瓶之中，通过形状记忆合金在临界温度上下的伸长和缩短，从而使得被冷却对象和提供冷量的制冷装置进行接触和断开，使得被冷却对象维持在临界转变温度，并减小了漏热。相比于传统的冷却系统，利用本发明，减少了温度计以及控制逻辑的使用，同时避免了提供冷量的装置的频繁开停，系统运行更加稳定，使得冷却系统整体性能提升。

Description

一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统

技术领域

本发明涉及低温冷却系统领域，尤其涉及一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统。

背景技术

在国家大力发展军事、医疗以及航空航天的情况下，低温冷却越来越占到了一个举足轻重的位置，各种高精尖设备对低温冷却设备的要求越来越严苛，更精确的温度控制，更微小的振动，更长的运行时间，更可靠的技术，越来越受到人们的广泛关注。怎样更有效的控制被冷却对象的温度并且降低能耗具有显著的意义。

目前常用的方式为安装温度计采集被测对象温度，通过DLC控制逻辑，在温度高于设定温度后，开启提供冷量的装置，在温度低于设定温度后，关闭提供冷量的装置，使得被冷却对象维持在相应温度，然而这种冷却方式却存在温度设定有一个比较宽泛的阈值，即设定温度需要在一定范围内，如果这个范围设置的过小，则会造成提供冷量的装置频繁的启动与关闭，造成能量的浪费以及系统的不稳定，而如果温度范围设置的过大，则会造成被冷却对象的温度控制不稳定。

另外一种解决办法是为了避免提供冷量装置的频繁启动，采用变频技术，在被冷却对象达到设定温度后，提供冷量的装置进行低频运行，提供较少的冷量来维持被冷却对象的温度，而当被冷却对象高于设定温度后，提供冷量的装置进行高频运行，提供较大的冷量来迅速降低被冷却对象的温度。该种方式可以有效解决提供冷量装置的开停问题，但对于被冷却对象温度阈值的设定没有任何帮助。

由于目前冷却系统仍存在上述不足，或是由于频繁启动关闭造成提供冷量装置能耗增加，且运行不稳定，或是对温度阈值的设定范围宽泛，同时需要温度计和程序控制来控制温度，因此，为更好的提供面向对象的提供冷量，需要一种简单的结构来简化并提高冷却系统的性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统，通过形状记忆合金在临界温度上下的伸长和缩短，从而使得被冷却对象和制冷装置进行接触和断开，使得被冷却对象维持在临界转变温度，并减小了漏热，使得冷却系统整体性能提升。

本发明的技术方案如下：

一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统，包括真空杜瓦瓶以及设置在真空杜瓦瓶内的制冷装置、接触部件和被冷却对象，所述接触部件为形状记忆合金，一端与被冷却对象固定连接，另一端与制冷装置接触连接，根据温度与制冷装置连接或断开。

所述的真空杜瓦瓶将制冷装置、被冷却对象以及接触部件都围绕在内，以杜绝和环境的热量交换。

所述的提供冷量的装置，可以是脉管制冷机，包括依次连接的压缩机、级后冷却器、回热器、冷端换热器、脉管、热端换热器、惯性管和气库，也可以是其他常用的制冷机，如G-M制冷机或斯特林制冷机等。

所述的被冷却对象可以是红外探头、监控摄像等长时间工作且发热的设备。

所述形状记忆合金为螺旋弹簧状，存在一转变温区，在低于转变温度的区间，其长度缩短后与制冷装置断开，在高于转变温度的区间，其长度伸长后与制冷装置连接。

作为优选，所述形状记忆合金均匀分布，数量为10-100个。多个形状记忆合金均匀分布，使得当被冷却对象温度高于形状记忆合金的转变温度时，多个形状记忆合金同时延长，与制冷装置接触。由于形状记忆合金的数量多，制冷装置的冷量可以更快的传递给被冷却对象，整个冷却系统反应更灵敏，温度控制更加平稳与准确。

作为优选，所述形状记忆合金一端固定在底板上，通过底板与被冷却对象固定连接，另一端与制冷装置接触连接，底板的材料可以为铜或铝等导热金属或其他导热合金。

将形状记忆金属一端固定在底板上，通过底板与被冷却对象固定，而不是直接将形状记忆金属与被冷却对象固定连接，大大提高了本装置的适用性，可以方便的匹配更多不同类型尺寸的被冷却对象。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：结构简单，便于实现，减少了温度计以及DLC控制逻辑，只用简单的金属缩短延长效应即达到了控制冷却对象温度的目的，同时在断开连接后减少了系统的导热从而减少了漏热，避免了提供冷量的装置的频繁开停或使用复杂的变频技术，提升了冷却系统的性能。

附图说明

图1为本发明一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的制冷装置的结构示意图；

图3为本发明形状记忆合金的结构示意图；

图4为本发明形状记忆合金中的一个单元在温度低于转变温度和高于转变温度的形状变化示意图。

其中：1为制冷装置，2为形状记忆合金，3为被冷却对象，4为真空杜瓦瓶；5为压缩机；6为级后冷却器；7为回热器；8为冷端换热器；9为脉管；10为热端换热器；11为惯性管；12为气库。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统作进一步详细说明。

如图1所示，一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统，包括提供冷量的制冷装置1，形状记忆合金2，被冷却对象3，真空杜瓦瓶4。形状记忆合金2一端固定在底板上，通过底板与被冷却对象3固定连接，另一端与制冷装置1接触连接。其中，制冷装置1提供的冷量传递给形状记忆合金2，进而通过底板传递给被冷却对象3，达到制冷的目的。三者都放在真空杜瓦瓶4之中，用于隔绝环境的漏热。

本实施例中，提供冷量的制冷装置1是脉管制冷机，如图2所示，包括压缩机5、级后冷却器6、回热器7、冷端换热器8、脉管9、热端换热器10、惯性管11和气库12。冷端换热器8是提供冷量的部分，其提供的冷量通过形状记忆合金2传递给被冷却对象3。

图3为形状记忆合金2的一种形式，由多根弹簧状形状记忆合金共同固定在一个底板上构成，底板与被冷却对象3固定连接。形状记忆弹簧如图4所示，左侧为在弹簧低于转变温度的情况下，其长度缩短，而右侧则为高于转变温度的情况下，其长度增长。

在冷却系统运行的过程中，整个形状记忆合金2都是通过底板和被冷却对象3相接触的，底板和形状记忆合金2的温度与被冷却对象3的温度相同，当温度高于转变温度的时候，合金弹簧处于伸长状态，与提供冷量的制冷装置1相接触，冷量通过形状记忆合金2传递下来，传给被冷却对象3，使得被冷却对象3的温度降低；当温度低于转变温度后，弹簧缩短，形状记忆合金2与制冷装置1断开连接，此时制冷装置1的冷量不再传递给形状记忆合金2；当温度高于转变温度后，合金弹簧又继续伸长，从而制冷装置1继续通过形状记忆合金2传递冷量给被冷却对象3，使得被冷却对象3温度能维持在转变温度。

另一种实施方式中，多个形状记忆合金2直接固定安装在被冷却对象3上，省去了底板。提供冷量的制冷装置1直接将冷量通过形状记忆合金2传递给被冷却对象3，省去了底板传递过程。

在冷却系统运行的过程中，形状记忆合金2的温度与被冷却对象3的温度相同，当温度高于转变温度的时候，合金弹簧处于伸长状态，与提供冷量的制冷装置1相接触，冷量通过形状记忆合金2传递下来，传给被冷却对象3，使得被冷却对象3的温度降低；当温度低于转变温度后，弹簧缩短，形状记忆合金2与制冷装置1断开连接，此时制冷装置1的冷量不再传递给形状记忆合金2，使得被冷却对象3温度能维持在转变温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，包括真空杜瓦瓶以及设置在真空杜瓦瓶内的制冷装置、接触部件和被冷却对象，所述接触部件为形状记忆合金，一端与被冷却对象固定连接，另一端与制冷装置接触连接，根据温度与制冷装置连接或断开。

2.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，所述制冷装置为脉管制冷机、G-M制冷机或斯特林制冷机。

3.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，所述形状记忆合金为铜铝合金或锌铝合金。

4.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，所述形状记忆合金为螺旋弹簧状，存在一转变温区，在低于转变温度的区间，其长度缩短后与制冷装置断开，在高于转变温度的区间，其长度伸长后与制冷装置连接。

5.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，所述形状记忆合金均匀分布，数量为10-100个。

6.根据权利要求1所述的采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，所述形状记忆合金一端固定在底板上，通过底板与被冷却对象固定连接，另一端与制冷装置接触连接。

7.根据权利要求6所述的采用形状记忆合金的接触式冷却系统，其特征在于，所述底板的材料为铜或铝。