CN108954901A - 一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，包括以下部件：所述制冷机构包括有形状记忆合金管、传动块、热端容器、冷端容器、制冷泵，所述传动块包括有第一传动块和第二传动块；加载机构，所述加载机构包括有电动压机、直线导轨；控制机构，所述控制机构分别与制冷泵、电动压机相连接。本发明进一步提供了一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用方法。本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，由于采用固体材料形状记忆合金为介质，制冷效果不依赖于制冷剂性能的影响，能够解决传统气体压缩制冷技术中存在的环境污染问题。

Description

一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统

技术领域

本发明属于制冷机械的技术领域，涉及一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统。

背景技术

能源消耗和环境污染已经成为近几十年来人类所面临的最具压迫性的挑战。随着先进技术的发展，大多数国家正经历能源消耗的剧烈增长，由能源消耗所引发的全球变暖和空气污染等环境问题也随之而来。为了解决上述两个问题，研究者们正着力于发展新的技术并努力提高现有技术的能源利用效率。制冷系统的使用在全球能源消耗及全球变暖方面占有非常大的比重，家用和商用制冷机每年的电量消耗可占全部电量消耗的4％。全球每年销售的制冷机可达数百万台，提高制冷机的效率将有效节省能源消耗并减轻环境污染。

如今传统的制冷装置大多是以气体压缩制冷技术为基础的，就是对处于气液共存区域的流体进行压缩和膨胀，使制冷剂中产生相变以引起其内部能量的波动并因此将从冷藏室吸收的热量传递到周围环境。制冷机的效率值COP十分依赖于循环组件的效率，例如压缩机、冷凝机以及制冷剂在相变期间的热力学性能都将影响制冷机的效率。目前大多数家用制冷机的COP值在1-3左右。虽然这项技术已经非常成熟且在家用制冷中被广泛的应用，但是其有相对低的能量利用效率，尤其是对于一些小型制冷机来说。目前在各种制冷机中最常用的制冷剂例如碳氟化合物和含氯氟烃都是温室气体，会消耗臭氧加重辐射效力，产生极大的环境问题。用低污染的制冷剂来取代现有制冷剂也是可行的，但又会导致能量利用效率低下以及安全隐患。因此目前迫切的需要用一种清洁的环境友好型的制冷技术来取代气体压缩制冷技术。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，以固体材料形状记忆合金为核心介质，用于解决现有技术中缺乏制冷效果不依赖于制冷剂且对环境有污染的固态制冷系统的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，包括以下部件：

制冷机构，所述制冷机构包括有形状记忆合金管、传动块、热端容器、冷端容器、制冷泵，所述传动块包括有第一传动块和第二传动块，所述第一传动块和第二传动块分别设于所述形状记忆合金管的两端，所述形状记忆合金管的一端依次经第一传动块、第一液流管与热端容器相连通，所述形状记忆合金管的另一端依次经第二传动块、第二液流管与冷端容器相连通，所述冷端容器还经第三液流管与制冷泵相连通；

加载机构，所述加载机构包括有用于推动第二传动块的电动压机、直线导轨，所述电动压机、第一传动块固定在所述直线导轨上，所述第二传动块与所述直线导轨滑动连接；所述电动压机用于向所述第二传动块加载压力；

控制机构，所述控制机构分别与制冷泵、电动压机相连接；用于向电动压机发送压力信号，向制冷泵发送泵信号。

优选地，所述形状记忆合金管采用的形状记忆合金选自钛镍合金(TiNi)、铁钯合金(FePd)、镍铁镓钴合金(NiFeGaCo)或铁镍钴铝合金(FeNiCoAl)中一种。

更优选地，所述形状记忆合金为钛镍合金(TiNi)。

进一步优选地，所述钛镍合金，按质量百分比计，包括以下组分：

钛 43-45％；

镍 55-57％。

最优选地，所述钛镍合金，按质量百分比计，包括以下组分：

钛 44％；

镍 56％。

优选地，所述形状记忆合金管的长度为190-210mm。更优选地，所述形状记忆合金管的长度为200mm。

优选地，所述形状记忆合金管的内径为3-5mm，外径为5-7mm。更优选地，所述形状记忆合金管的内径为4mm，外径为6mm。

优选地，所述热端容器内储存有吸热剂。

更优选地，所述吸热剂为水。

更优选地，所述吸热剂在热端容器内的储存量为190-210ml。进一步优选地，所述吸热剂在热端容器内的储存量为200ml。

优选地，所述热端容器为顶端开口的圆形塑料样品杯，所述热端容器的容量为240-260ml，所述热端容器的直径为5.6-6.0cm，所述热端容器的高度为9-11cm。所述热端容器无盖，其为开放体系。与外界充分接触进行热量交换，使吸热剂保持室温不变，防止温度升高降低吸热效率。

更优选地，所述热端容器的容量为250ml，所述热端容器的直径为5.8cm，所述热端容器的高度为10cm。

优选地，所述冷端容器内储存有制冷剂。

更优选地，所述制冷剂为水。

更优选地，所述制冷剂在冷端容器内的储存量为9-11ml。进一步优选地，所述制冷剂在冷端容器内的储存量为10ml。

优选地，所述冷端容器为密闭的塑料量杯，所述冷端容器的容量为19-21ml。更优选地，所述冷端容器的容量为20ml。

优选地，所述冷端容器外设有保温层，所述保温层粘附在所述冷端容器的外表面。所述保温层用于隔绝外界热量的进入。

更优选地，所述保温层为双面铝箔气泡隔热膜。

优选地，所述热端容器及冷端容器分别设有热电偶。所述热电偶用于测定热端容器及冷端容器中的温度。所述热电偶为常规使用的热电偶，可从市场上购买获得。

优选地，所述制冷机构还包括有加载接头，所述加载接头中空且两端开孔，所述加载接头包括有第一加载接头和第二加载接头，所述第一加载接头设于所述第一传动块内，所述第一加载接头的一端开孔与所述形状记忆合金管的一端相连通，所述第一加载接头的另一端开孔经第一液流管与热端容器相连通；所述第二加载接头设于所述第二传动块内，所述第二加载接头的一端开孔与所述形状记忆合金管的另一端相连通，所述第二加载接头的另一端开孔经第二液流管与冷端容器相连通。

更优选地，所述加载接头的材质为YG20型钨钢。

更优选地，所述加载接头呈圆柱形，所述加载接头的长度为39-41mm，外径为19-21mm。进一步优选地，所述加载接头的长度为40mm，外径为20mm。

更优选地，所述第一加载接头或第二加载接头分别与形状记忆合金管相连通的一端开孔的直径，大于所述第一加载接头与第一液流管或所述第二加载接头与第二液流管相连通的一端开孔的直径。

进一步优选地，所述第一加载接头或第二加载接头分别与形状记忆合金管相连通的一端开孔的直径为5-7mm。最优选地，所述第一加载接头或第二加载接头分别与形状记忆合金管相连通的一端开孔的直径为6mm。

进一步优选地，所述第一加载接头与第一液流管或所述第二加载接头与第二液流管相连通的一端开孔的直径为3-5mm。最优选地，所述第一加载接头与第一液流管或所述第二加载接头与第二液流管相连通的一端开孔的直径为4mm。

更优选地，所述第一加载接头一端开孔位于所述第一传动块的一侧侧壁上且与所述形状记忆合金管的一端相连通，所述第二加载接头一端开孔位于所述第二传动块的一侧侧壁上且与所述形状记忆合金管的另一端相连通。

更优选地，所述形状记忆合金管的两端分别套接在与第一加载接头或第二加载接头相连通的开孔内。

更优选地，所述第一加载接头的另一端开孔与接入第一传动块内的所述第一液流管的一端相连通，所述第二加载接头的另一端开孔与接入第二传动块的所述第二液流管的一端相连通。

进一步优选地，所述第一液流管的一端套接在与第一加载接头相连通的开孔内，所述第二液流管的一端套接在与第二加载接头相连通的开孔内。

优选地，所述传动块的材质为不锈钢。

优选地，所述传动块呈矩形，所述传动块的长度为140-160mm，宽度为90-110mm，高度为90-110mm。更优选地，所述传动块的长度为150mm，宽度为100mm，高度为100mm。

优选地，所述第一液流管、第二液流管、第三液流管的材质为塑料。

优选地，所述第一液流管、第二液流管、第三液流管的外径为3-5mm，内径为1-3mm，长度为90-110mm。更优选地，所述第一液流管、第二液流管、第三液流管的外径为4mm，内径为2mm，长度为100mm。

优选地，所述制冷泵包括有滚珠丝杆和气缸，所述气缸一端与第三液流管相连通，所述气缸的活塞与所述滚珠丝杆的滑台相连接。所述制冷泵通过与气缸的活塞相连接的滑台在丝杆上做循环往复运动，拉动气缸不断抽送，使吸热剂及制冷剂在形状记忆合金管内往复移动。

更优选地，所述气缸为CDJ2B16-45-B型气缸。

更优选地，所述滚珠丝杆的行程为290-310mm。进一步优选地，所述滚珠丝杆的行程为300mm。

优选地，所述加载机构还包括有测压器，所述测压器设于所述电动压机与第二传动块之间，用于测定电动压机推动第二传动块的压力值。

更优选地，所述电动压机、测压器、第一加载接头、形状记忆合金管、第二加载接头位于直线导轨上的同一水平位置。

优选地，所述电动压机为常规使用的电动压机，可从市场上购买获得。具体来说，所述电动压机为LX100型直流电动推杆电机。

优选地，所述电动压机的最大荷载为8200N，加载速度为7mm*s^-1，直流电压为12VDC。

优选地，所述测压器为常规使用的电动压机，可从市场上购买获得。具体来说，所述测压器为MIK-LCLY-G型轮辐式称重传感器。所述测压器的量程为2T。

优选地，所述直线导轨为常规使用的直线导轨，可从市场上购买获得。所述直线导轨带有滑块，可以有效固定电动压机、测压器、传动块，并通过滑块在直线导轨上的滑动，保证加载机构水平运动。所述电动压机、测压器、传动块通过螺丝连接方式固定于直线导轨的滑块上。

优选地，所述控制机构为常规使用的控制器。本领域技术人员均了解，所述控制器的计算比较、判断、输出指令过程、均可以利用现有技术中的集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或安装相应的软件模块来实现。例如具体来说，所述控制机构为汇川公司生产的H2U1616MT型可编程控制器。

优选地，所述控制机构上存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时，可实现将来自测压器的测定由电动压机施加在传动块上的压力值，与预设的压力值比较，当施加压力到达设定值时，向电动压机发送压力信号使电动压机停止加压，同时向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，通过制冷泵中的滚珠丝杆向后运动拉动气缸将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，从而吸收形状记忆合金管受力时释放的热量。待吸热剂静置一段时间充分吸收形状记忆合金管的热量后，电动压机通过电动推杆向后移动开始卸载压力，使形状记忆合金管处于无应力状态，向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，滚珠丝杆向前运动推动气缸将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，同时将冷端容器中的制冷剂推入形状记忆合金管内，从而由形状记忆合金管吸收制冷剂的热量(形状记忆合金的弹热效应)产生制冷效果。然后，再将电动压机加载传动块上，重复上述步骤进行循环。电动压机加压时，第一传动块及第一加载接头固定不动，通过电动压机上的电动推杆推动第二传动块及第二加载接头来对形状记忆合金管进行加载。

本发明进一步提供了一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用方法，包括如下步骤：

1)采用电动压机对形状记忆合金管一端的第二传动块施加压力；

2)停止加压后，采用制冷泵将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，使吸热剂吸收形状记忆合金管释放的热量；

3)卸载电动压机使形状记忆合金管处于无应力状态，采用制冷泵将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，并将冷端容器中的制冷剂推入形状记忆合金管内，使形状记忆合金管吸收制冷剂的热量；

4)再将电动压机加载到第二传动块上，重复步骤1)至3)进行循环。

优选地，步骤1)或4)中，所述电动压机对第二传动块内的第二加载接头施加压力。

优选地，步骤1)中，所述电动压机施加压力的频率为0.2-0.3Hz。更优选地，所述电动压机施加压力的频率为0.25Hz。

优选地，步骤1)中，所述电动压机施加的压力为7900-8100N。更优选地，所述电动压机施加的压力为8000N。

优选地，步骤1)中，所述电动压机加载压力的时间为0.5-1.5s，所述电动压机保持压力的时间为1.0-2.0s。更优选地，所述电动压机加载压力的时间为1.0s，所述电动压机保持压力的时间为1.5s。

优选地，步骤2)中，所述吸热剂为水。

优选地，步骤2)中，所述吸热剂在热端容器内的储存量为190-210ml。更优选地，所述吸热剂在热端容器内的储存量为200ml。

优选地，步骤2)中，所述制冷泵将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，是通过测压器显示电动压机已停止加压。

优选地，步骤3)中，所述电动压机卸载的时间为0.5-1.5s。更优选地，所述电动压机卸载的时间为1.0s。

优选地，步骤3)中，所述电动压机卸载后保持无应力状态的时间为1.0-2.0s。更优选地，所述电动压机卸载后保持无应力状态的时间为1.5s。

优选地，步骤3)中，所述制冷泵将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，并将冷端容器中的制冷剂吸入形状记忆合金管内，是通过测压器显示电动压机所加压力已降为零，卸载完成。

优选地，步骤3)中，所述制冷剂为水。

优选地，步骤3)中，所述制冷剂在冷端容器内的储存量为9-11ml。更优选地，所述制冷剂在冷端容器内的储存量为10ml。

优选地，步骤4)中，所述循环次数为190-210次。更优选地，所述循环次数为200次。

如上所述，本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，以固体材料形状记忆合金为核心，通过对形状记忆合金施加循环应力来实现制冷效果，能够解决传统气体压缩制冷技术中存在的环境污染问题。

(2)本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，由于采用固体材料形状记忆合金为介质，制冷效果不依赖于制冷剂性能的影响，因此可选用环境友好型制冷剂以避免传统气体压缩制冷技术中具有显著环境影响的弊端。

(3)本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，利用形状记忆合金的弹热效应，当其受到机械应力作用(拉伸或压缩)时会发生马氏体相变，奥氏体转变为马氏体，在此过程中会有热量释放到环境中，当应力卸载之后则会发生逆相变，形状记忆合金吸收来自环境的热量，产生制冷效果。

(4)本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，利用形状记忆合金的弹热效应，对其施加循环机械载荷的同时制造一种完整的热循环系统以实现固态制冷效果，即利用电动压机对管状形状记忆合金进行循环加载及卸载过程的同时，用泵实现热端内的吸热剂及冷端内的制冷剂在管状形状记忆合金中不断进行循环往复运动，使加载时热端吸热剂流入管中以吸收其产生的热量，同时在一端散去制冷剂吸收的热量，使卸载时冷端制冷剂流入管中，利用形状记忆合金的弹热效应吸收其热量，以达到制冷效果。

附图说明

图1显示为本发明的固态制冷系统的整体结构示意图。

图2显示为本发明的固态制冷系统中形状记忆合金管与加载头的连接结构示意图。

图3显示为本发明的固态制冷系统中制冷机构的结构示意图。

图4显示为本发明的固态制冷系统中制冷泵的结构示意图。

图5显示为本发明的固态制冷系统运行过程中冷端制冷剂及热端吸热剂的温度变化示意图。

附图标记

1 制冷机构

11 形状记忆合金管

12 热端容器

13 冷端容器

14 制冷泵

141 滚珠丝杆

142 气缸

15 第一液流管

16 第二液流管

17 第三液流管

18 传动块

181 第一传动块

182 第二传动块

19 加载接头

191 第一加载接头

192 第二加载接头

2 加载机构

21 电动压机

22 测压器

23 直线导轨

3 控制机构

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-4所示，本发明提供一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，包括以下部件：

制冷机构，所述制冷机构包括有形状记忆合金管、传动块、热端容器、冷端容器、制冷泵，所述传动块包括有第一传动块和第二传动块，所述第一传动块和第二传动块分别设于所述形状记忆合金管的两端，所述形状记忆合金管的一端依次经第一传动块、第一液流管与热端容器相连通，所述形状记忆合金管的另一端依次经第二传动块、第二液流管与冷端容器相连通，所述冷端容器还经第三液流管与制冷泵相连通；

加载机构，所述加载机构包括有电动压机、直线导轨，所述电动压机、第一传动块固定在所述直线导轨上，所述第二传动块与所述直线导轨滑动连接；所述电动压机用于向所述第二传动块加载压力；

控制机构，所述控制机构分别与制冷泵、电动压机相连接；用于向电动压机发送压力信号，向制冷泵发送泵信号。

在一个优选的实施例中，所述形状记忆合金管采用的形状记忆合金选自钛镍合金(TiNi)、铁钯合金(FePd)、镍铁镓钴合金(NiFeGaCo)或铁镍钴铝合金(FeNiCoAl)中一种，优选为钛镍合金(TiNi)。

进一步地，所述钛镍合金，按质量百分比计，包括以下组分：钛43-45％，优选为44％；镍55-57％，优选为56％。

在一个优选的实施例中，如图1-3所示，所述形状记忆合金管的长度为190-210mm，优选为200mm。所述形状记忆合金管的内径为3-5mm，优选为4mm，外径为5-7mm，优选为6mm。在一个优选的实施例中，如图1、3所示，所述热端容器内储存有吸热剂。所述吸热剂为水，所述吸热剂在热端容器内的储存量为190-210ml，优选为200ml。所述热端容器为顶端开口的圆形塑料样品杯，所述热端容器的容量为240-260ml，优选为250ml；所述热端容器的直径为5.6-6.0cm，优选为5.8cm；所述热端容器的高度为9-11cm，优选为10cm。所述热端容器无盖，其为开放体系。与外界充分接触进行热量交换，使吸热剂保持室温不变，防止温度升高降低吸热效率。

在一个优选的实施例中，如图1、3所示，所述冷端容器内储存有制冷剂。所述制冷剂为水，所述制冷剂在冷端容器内的储存量为9-11ml，优选为10ml。

在一个优选的实施例中，如图1、3所示，所述冷端容器为密闭的塑料量杯，所述冷端容器的容量为19-21ml，优选为20ml。

进一步地，所述冷端容器外设有保温层，所述保温层粘附在所述冷端容器的外表面。所述保温层用于隔绝外界热量的进入。所述保温层为双面铝箔气泡隔热膜。

在一个优选的实施例中，所述热端容器及冷端容器分别设有热电偶。所述热电偶用于测定热端容器及冷端容器中的温度。

在一个优选的实施例中，如图1-3所示，所述制冷机构还包括有加载接头，所述加载接头中空且两端开孔，所述加载接头包括有第一加载接头和第二加载接头，所述第一加载接头设于所述第一传动块内，所述第一加载接头的一端开孔与所述形状记忆合金管的一端相连通，所述第一加载接头的另一端开孔经第一液流管与热端容器相连通；所述第二加载接头设于所述第二传动块内，所述第二加载接头的一端开孔与所述形状记忆合金管的另一端相连通，所述第二加载接头的另一端开孔经第二液流管与冷端容器相连通。

进一步地，如图1-3所示，所述加载接头呈圆柱形，所述加载接头的长度为39-41mm，优选为40mm，外径为19-21mm，优选为20mm。所述加载接头的材质为YG20型钨钢。

进一步地，如图1-3所示，所述第一加载接头或第二加载接头分别与形状记忆合金管相连通的一端开孔的直径，大于所述第一加载接头与第一液流管或所述第二加载接头与第二液流管相连通的一端开孔的直径。

更进一步地，所述第一加载接头或第二加载接头分别与形状记忆合金管相连通的一端开孔的直径为5-7mm，优选为6mm。所述第一加载接头与第一液流管或所述第二加载接头与第二液流管相连通的一端开孔的直径为3-5mm，优选为4mm。

进一步地，如图1-3所示，所述第一加载接头一端开孔位于所述第一传动块的一侧侧壁上且与所述形状记忆合金管的一端相连通，所述第二加载接头一端开孔位于所述第二传动块的一侧侧壁上且与所述形状记忆合金管的另一端相连通。所述形状记忆合金管的两端分别套接在与第一加载接头或第二加载接头相连通的开孔内。

进一步地，如图1-3所示，所述第一加载接头的另一端开孔与接入第一传动块内的所述第一液流管的一端相连通，所述第二加载接头的另一端开孔与接入第二传动块的所述第二液流管的一端相连通。所述第一液流管的一端套接在与第一加载接头相连通的开孔内，所述第二液流管的一端套接在与第二加载接头相连通的开孔内。

在一个优选的实施例中，如图1、3所示，所述传动块呈矩形，所述传动块的长度为140-160mm，优选为150mm，宽度为90-110mm，优选为100mm，高度为90-110mm，优选为100mm。所述传动块的材质为不锈钢。

在一个优选的实施例中，如图1-4所示，所述第一液流管、第二液流管、第三液流管的外径为3-5mm，优选为4mm，内径为1-3mm，优选为2mm，长度为90-110mm，优选为100mm。

在一个优选的实施例中，如图1、3、4所示，所述制冷泵包括滚珠丝杆和气缸，所述气缸一端与第三液流管相连通，所述气缸的活塞与所述滚珠丝杆的滑台相连接。所述制冷泵通过与气缸的活塞相连接的滑台在丝杆上做循环往复运动，拉动气缸不断抽送，使吸热剂及制冷剂在形状记忆合金管内往复移动。所述气缸为CDJ2B16-45-B型气缸。所述滚珠丝杆的行程为290-310mm，优选为300mm。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述加载机构还包括有测压器，所述测压器设于所述电动压机与第二传动块之间，用于测定电动压机推动第二传动块的压力值。所述电动压机、测压器、第一加载接头、形状记忆合金管、第二加载接头位于直线导轨上的同一水平位置。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述电动压机为LX100型直流电动推杆电机。所述电动压机的最大荷载为8200N，加载速度为7mm*s^-1，直流电压为12VDC。所述测压器为MIK-LCLY-G型轮辐式称重传感器。所述测压器的量程为2T。

在一个优选的实施例中，如图1所示，所述控制机构为常规使用的控制器。本领域技术人员均了解，所述控制器的计算比较、判断、输出指令过程、均可以利用现有技术中的集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或安装相应的软件模块来实现。例如具体来说，所述控制机构为汇川公司生产的可编程控制器，具体型号为H2U1616MT。

在本发明的一个应用实例中，所述控制机构上存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时，可实现将来自测压器的测定由电动压机施加在传动块上的压力值，与预设的压力值比较，当施加压力到达设定值时，向电动压机发送压力信号使电动压机停止加压，同时向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，通过制冷泵中的滚珠丝杆向后运动拉动气缸将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，从而吸收形状记忆合金管受力时释放的热量。待吸热剂静置一段时间充分吸收形状记忆合金管的热量后，电动压机通过电动推杆向后移动开始卸载压力，使形状记忆合金管处于无应力状态，向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，滚珠丝杆向前运动推动气缸将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，同时将冷端容器中的制冷剂推入形状记忆合金管内，从而由形状记忆合金管吸收制冷剂的热量(形状记忆合金的弹热效应)产生制冷效果。然后，再将电动压机加载传动块上，重复上述步骤进行循环。电动压机加压时，第一传动块及第一加载接头固定不动，通过电动压机上的电动推杆推动第二传动块及第二加载接头来对形状记忆合金管进行加载。热端容器和冷端容器中的温度变化情况见图5。

下面结合图1-5，说明本发明中一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用过程。

使用者获得如图1-5所示的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统后，将形状记忆合金加工成长度为190-210mm的管材，用硬质合金制作加载接头，加载接头中空且两端开口的孔径不同，加载接头包括有第一加载接头和第二加载接头，两者分别设于两端的第一传动块和第二传动块之内，第一加载接头和第二加载接头的大孔径的开孔插入形状记忆合金管与其连通，第一加载接头的小孔径的开孔插入第一液流管并经第一液流管与热端容器连通，第二加载接头的小孔径的开孔插入第二液流管并经第二液流管与冷端容器连通，通过加载接头实现对形状记忆合金管加压时将不会妨碍管内吸热剂和制冷剂的正常流通。在第二传动块的一端连接电动压机，通过电动压机经传动块及加载接头对形状记忆合金管进行加载或卸载。

采用电动压机分别对形状记忆合金管一端的第二传动块施加压力，第一加传动块固定不动，电动压机施加压力的频率为0.2-0.3Hz，电动压机加载压力的时间为0.5-1.5s，电动压机施加的压力为7900-8100N。当电动压机施加的压力达到7900-8100N时，保持压力的时间为1.0-2.0s。由控制机构收到来自测压器的测定由电动压机施加第二传动块上的压力值，向电动压机发送压力信号使电动压机停止加压，同时向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，从而吸收形状记忆合金管受力时释放的热量，吸热剂为水，吸热剂在热端容器内的储存量为110-130ml。当吸热剂充分吸收热量后，卸载电动压机使形状记忆合金管处于无应力状态，电动压机卸载的时间为0.5-1.5s，电动压机卸载后保持无应力状态的时间为1.0-2.0s。向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，并将冷端容器中的制冷剂吸入形状记忆合金管内，制冷剂为水，制冷剂在冷端容器内的储存量为5-15ml。由形状记忆合金管吸收制冷剂的热量(形状记忆合金的弹热效应)产生制冷效果，使制冷剂温度降低。然后，再将电动压机与第二传动块相连接，通过控制机构将制冷剂排出形状记忆合金管，并吸入吸热剂，重复上述步骤进行循环190-210次，使制冷剂温度逐渐降低至稳定值，不再变化，最终实现冷端制冷剂温度显著低于室温，从而产生良好的制冷效果。

实施例1

取一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其中形状记忆合金管的长度为200mm。采用电动压机分别对形状记忆合金管一端的第二传动块施加压力，第一传动块保持固定不动，电动压机施加压力的频率为0.25Hz，电动压机加载压力的时间为1.0s，电动压机施加的压力为8000N。当电动压机施加的压力达到8000N时，保持压力的时间为1.5s。由控制机构收到来自测压器的测定由电动压机施加在第二传动块上的压力值，向电动压机发送压力信号使电动压机停止加压，同时向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，从而吸收形状记忆合金管受力时释放的热量，吸热剂为水，吸热剂在热端容器内的储存量为200ml。当吸热剂充分吸收热量后，卸载电动压机使形状记忆合金管处于无应力状态，电动压机卸载的时间为1.0s，电动压机卸载后保持无应力状态的时间为1.5s。向制冷泵发送泵信号使制冷泵运行，将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，并将冷端容器中的制冷剂吸入形状记忆合金管内，制冷剂为水，制冷剂在冷端容器内的储存量为10ml。由形状记忆合金管吸收制冷剂的热量(形状记忆合金的弹热效应)产生制冷效果，使制冷剂温度降低。然后，再将电动压机与第二传动块相连接进行加载，通过控制机构将制冷剂排出形状记忆合金管，并吸入吸热剂，重复上述步骤进行循环200次达到稳定状态，使制冷剂和吸热剂的温度至稳定值，不再变化，最终实现热端吸热剂温度高于室温、冷端制冷剂温度显著低于室温，具体数据见图5。由图5可知，在循环200次过程中，热端容器内吸热剂的温度由室温23℃开始上升，达到稳定时的温度约为27℃，同时冷端容器内的制冷剂温度在循环过程中逐渐下降，达到稳定时产生的制冷效果可使10ml温度23℃的水降低至15.9℃，降低约7.1℃，产生了大约7℃的制冷效果，其冷却能可达7.7W。

综上所述，本发明提供的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，由于采用固体材料形状记忆合金为介质，制冷效果不依赖于制冷剂性能的影响，能够解决传统气体压缩制冷技术中存在的环境污染问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其特征在于，包括以下部件：

制冷机构(1)，所述制冷机构(1)包括有形状记忆合金管(11)、传动块(18)、热端容器(12)、冷端容器(13)、制冷泵(14)，所述传动块(18)包括有第一传动块(181)和第二传动块(182)，所述第一传动块(181)和第二传动块(182)分别设于所述形状记忆合金管(11)的两端，所述形状记忆合金管(11)的一端依次经第一传动块(181)、第一液流管(15)与热端容器(12)相连通，所述形状记忆合金管(11)的另一端依次经第二传动块(182)、第二液流管(16)与冷端容器(13)相连通，所述冷端容器(13)还经第三液流管(17)与制冷泵(14)相连通；

加载机构(2)，所述加载机构(2)包括有用于推动第二传动块(182)的电动压机(21)、直线导轨(23)，所述电动压机(21)、第一传动块(181)固定在所述直线导轨(23)上，所述第二传动块(182)与所述直线导轨(23)滑动连接；

控制机构(3)，所述控制机构(3)分别与制冷泵(14)、电动压机(21)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其特征在于，所述制冷机构(1)还包括有加载接头(19)，所述加载接头(19)中空且两端开孔，所述加载接头(19)包括有第一加载接头(191)和第二加载接头(192)，所述第一加载接头(191)设于所述第一传动块(181)内，所述第一加载接头(191)的一端开孔与所述形状记忆合金管(11)的一端相连通，所述第一加载接头(191)的另一端开孔经第一液流管(15)与热端容器(12)相连通；所述第二加载接头(192)设于所述第二传动块(182)内，所述第二加载接头(192)的一端开孔与所述形状记忆合金管(11)的另一端相连通，所述第二加载接头(192)的另一端开孔经第二液流管(16)与冷端容器(13)相连通。

3.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其特征在于，所述热端容器(12)及冷端容器(13)分别设有热电偶。

4.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其特征在于，所述制冷泵(14)包括有滚珠丝杆(141)和气缸(142)，所述气缸(142)一端与第三液流管(17)相连通，所述气缸(142)的活塞与所述滚珠丝杆(141)的滑台相连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其特征在于，所述制冷机构中还包括以下条件中任一项或多项：

A1)所述形状记忆合金管(11)采用的形状记忆合金选自钛镍合金、铁钯合金、镍铁镓钴合金或铁镍钴铝合金中一种；

A2)所述热端容器(12)内储存有吸热剂，所述吸热剂为水；

A3)所述冷端容器(13)内储存有制冷剂，所述制冷剂为水；

A4)所述冷端容器(13)外设有保温层，所述保温层粘附在所述冷端容器(13)的外表面。

6.根据权利要求1所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，其特征在于，所述加载机构(2)还包括有测压器(22)，所述测压器(22)设于所述电动压机(21)与第二传动块(182)之间，用于测定电动压机(21)推动第二传动块(182)的压力值。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用方法，包括如下步骤：

1)采用电动压机对形状记忆合金管一端的第二传动块施加压力；

2)停止加压后，采用制冷泵将热端容器中的吸热剂吸入形状记忆合金管内，使吸热剂吸收形状记忆合金管释放的热量；

3)卸载电动压机使形状记忆合金管处于无应力状态，采用制冷泵将形状记忆合金管内的吸热剂排到热端容器中，并将冷端容器中的制冷剂推入形状记忆合金管内，使形状记忆合金管吸收制冷剂的热量；

4)再将电动压机加载到第二传动块上，重复步骤1)至3)进行循环。

8.根据权利要求7所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用方法，其特征在于，所述步骤1)中包括以下条件中任一项或多项：

A1)所述电动压机施加压力的频率为0.2-0.3Hz；

A2)所述电动压机施加的压力为7900-8100N；

A3)所述电动压机加载压力的时间为0.5-1.5s，所述电动压机保持压力的时间为1.0-2.0s。

9.根据权利要求7所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用方法，其特征在于，所述步骤3)中包括以下条件中任一项或多项：

B1)所述电动压机卸载的时间为0.5-1.5s；

B2)所述电动压机卸载后保持无应力状态的时间为1.0-2.0s。

10.根据权利要求7所述的一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统的使用方法，其特征在于，步骤4)中，所述循环次数为190-210次。