CN110285516B - 基于固体相变压热效应的冷暖空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于固体相变压热效应的冷暖空调系统，属空调领域。它由A、B两个压热材料罐组成。包括：千斤顶1、活塞2、高压油腔3、压力表4、低压水室5、高压水室8、制热换热器16、制冷换热器13等部件构成。当千斤顶1给高压油腔3施压时，高压油腔3将A压热材料罐的増压环21加压而使其晶格改变释放出热量由冷水携带热量通向制热换热器16；接着将低压油腔23与A压热材料罐的増压环21联通，让A压热材料罐的増压环21泄压，压热材料释压后晶格复原，将吸收大量热而使低温冷水通向制冷换热器13，从而获取冷量。A、B两个压热材料罐交替进行増压释压的上述操作，就能连续高效地实现采暖和制冷。

Description

基于固体相变压热效应的冷暖空调系统
技术领域：
本发明属空调领域，具体涉及一种基于固体相变压热效应的冷暖空调系 统。
背景技术：
制冷技术在当今社会工农业生产、日常生活等多个领域均起到了至关重要 的作用，联合国统计数据表明全球每年25-30％的电力被用于各种各样的制冷 应用。而这些应用绝大部分依赖传统的蒸汽压缩制冷技术，普遍使用对环境和 人体有害的制冷剂。因此，寻求绿色、环保、低能耗的替代制冷方案已经成为 学术界和工业界共同努力的方向。特别是当前我国高端制冷压缩机技术仍然欠 缺，探索新的制冷技术方案则有望从根源上解决该技术领域的“卡脖子”问题。 基于固态相变压热效应的制冷技术被认为是最有希望取代传统蒸汽压缩制冷 的技术方案。
基于压热效应的制冷技术是由压力场驱动压热材料相变而产生制冷效应 的固态制冷技术，已被美国能源部认可为最具潜力的新型制冷技术。在该技术 中，对压热材料施加压力，压热材料在压力作用下由奥氏体转变为马氏体，熵 减小并且对外放热；去除压力时，逆向的相变导致熵增大，从外界吸热，产生 制冷效应，该过程被称为压热效应。压热效应制冷的热力学过程是可逆的，理 论上其热力学效率可达到逆卡诺循环效率，实践中能实现的效率可达到逆卡诺 循环效率的70％～80％，甚至更高。
发明内容：
为弥补上述现有技术的不足，本发明提出利用压热材料受压时升温放热而 释压时降温吸热的特性，仅给压热材料施压与释压，无需大量作功便可获取足 的冷量与热量供空调系统使用。为此本发明由A、B两个压热材料罐组成，包 括：千斤顶1、活塞2、高压油腔3、压力表4、低压水室5、压力油阀6、压 热材料体7、高压水室8、A进口水阀9、水泵10、B冷水阀11、A冷水阀12、 制冷换热器13、A热水阀14、B热水阀15、制热换热器16、B出口水总阀17、 A出口水阀18、B进口水阀19、传热管朿(20)、油増压环21、油泄压阀22、 低压油腔23及承压密封罩24。
其结构是：千斤顶1的联杆与活塞2相联结，活塞2的上部与高压油腔3 联通；活塞2的下部与低压油腔23联通。压力表4分别与高压油腔3及两个 压力油阀6的入口相联通固结。两个压力油阀6的出口分别与A罐与B罐的 油増压环21相联通固结。A罐与B罐的油増压环21下部出口分别与两个油 泄压阀22的入口相联通固结；两个油泄压阀22的出口与低压油腔23相联通。 水泵10的出口分别与A进口水阀9及B进口水阀19的入口相联通固结，A 进口水阀9及B进口水阀19的出口分别与A罐与B罐的高压水室8相联通 固结。在A罐与B罐的压热材料体7上分别开有7至7200个与高压水室8及 低压水室5联通的传热管朿20。A出口水阀18的入口与A罐的低压水室5联 通；B出口水总阀17的入口与B罐的低压水室5联通。A出口水阀18的出 口分别与A冷水阀12及A热水阀14的入口联通；B出口水总阀17的出口分 别与B冷水阀11及B热水阀15的入口联通。B冷水阀11及A冷水阀12的 出口与制冷换热器13的入口联通固结。A热水阀14及B热水阀15的出口与 制热换热器16的入口联通固结。制冷换热器13与制热换热器16的出口与水 泵10的入口联通固结。承压密封罩24包围着压热材料体7，而油増压环21位 于承压密封罩24与压热材料体7之间。承压密封罩24包围着压热材料体7， 而油増压环21置于承压密封罩24与压热材料体7之间。
当千斤顶1受力推动联杆使活塞2向上移动微小距离时，高压油腔3升压， 压力通过压力油阀6及油泄压阀22的交替开启与关闭，迅速传给油増压环21 使压热材料体7受压及泄压而产生制热与制冷效应，从而实现高能效比的空调。
附图说明：
图1.是压热材料体空调系统图，
图2是压热材料体剖视图，
其中：1-千斤顶、2-活塞、3-高压油腔、4-压力表、5-低压水室、6-压力油阀、 7-压热材料体、8-高压水室、9-A进口水阀、10-水泵、11-B冷水阀、12-A冷 水阀、13-制冷换热器、14-A热水阀、15-B热水阀、16-制热换热器、17-B出 口水总阀、18-A出口水阀、19-B进口水阀、20-传热管朿、21-油増压环、22- 油泄压阀、23-低压油腔23、24-承压密封罩。
实施案例：
图1也是制冷量10kW的压热材料体空调系统图。
A、B两个压热材料罐是由压热材料Mn3GaN合金制成Φ260长400mm的 圆柱体，沿两柱体轴线按同心圆排列钻M6x0.5的螺旋通孔444个。高压水室8 密封固结在压热材料体7的左端，低压水室5密封固结在压热材料体7的右端。 承压密封罩24包裹并密闭在压热材料体7的外圆周上，由承压密封罩24包裹 并密闭在压热材料体7的间隙便是油増压环21。当对千斤顶1施压时可在高压 油腔3内形成125MPa的高压并瞬时传递给油増压环21而对压热材料体7加 以125MPa的高压，压热材料体7受压后晶体结构变化并升温发热。水泵10 泵出的冷水经高压水室8、传热管朿20、低压水室、A出口水阀18、A热水阀 14进入制热换热器16，将12kW热量传输给空气流而获取到25℃的热风，就 可实现采暖空调。然后关闭压力油阀6，开启油泄压阀22，压热材料体7释压 其晶体结构复原并吸收大量的热而降温。此时水泵10泵出的冷水经高压水室 8、传热管朿20、低压水室、A出口水阀18、A热水阀14进入制冷换热器13， 对制冷系统供出10kW冷量。因对不可压缩的冷冻油施压虽压力很高，但移动 距离微小，因而功耗极低，制冷系统的能效比可高达15以上。对A、B两个 压热材料罐轮流交替地进行上述操作，便可连读地实现空调运行。

Claims (2)

1.一种基于固体相变压热效应的冷暖空调系统，由A、B两个压热材料罐组成，包括：千斤顶(1)、活塞(2)、高压油腔(3)、压力表(4)、低压水室(5)、压力油阀(6)、压热材料体(7)、高压水室(8)、A进口水阀(9)、水泵(10)、B冷水阀(11)、A冷水阀(12)、制冷换热器(13)、A热水阀(14)、B热水阀(15)、制热换热器(16)、B出口水总阀(17)、A出口水阀(18)、B进口水阀(19)、传热管束(20)、油增压环(21)、油泄压阀(22)、低压油腔(23)及承压密封罩(24)组成，其中各个部件的连接关系为：千斤顶(1)的联杆与活塞(2)相联结，活塞(2)的上部与高压油腔(3)联通，活塞(2)下部与低压油腔(23)联通；压力表(4)分别与高压油腔(3)及两个压力油阀(6)的入口相联通固结，两个压力油阀(6)的出口分别与A罐与B罐的油增压环(21)相联通固结，A罐与B罐的油增压环(21)下部出口分别与两个油泄压阀(22)的入口相联通固结，两个油泄压阀(22)的出口与低压油腔(23)相联通；水泵(10)的出口分别与A进口水阀(9)及B进口水阀(19)的入口相联通固结，A进口水阀(9)及B进口水阀(19)的出口分别与A罐与B罐的高压水室(8)相联通固结，在A罐与B罐的压热材料体(7)上分别开有7至7200任意个与高压水室(8)及低压水室(5)联通的传热管束(20)，A出口水阀(18)的入口与A罐的低压水室(5)联通，B出口水总阀(17)与B罐的低压水室(5)联通；A出口水阀(18)的出口分别与A冷水阀(12)及A热水阀(14)联通，B出口水总阀(17)分别与B冷水阀(11)及B热水阀(15)联通；B冷水阀(11)及A冷水阀(12)的出口与制冷换热器(13)的入口联通固结；A热水阀(14)及B热水阀(15)的出口与制热换热器(16)的入口联通固结；制冷换热器(13)与制热换热器(16)的出口与水泵(10)的入口联通固结；承压密封罩(24)包围着压热材料体(7)，而油增压环(21)位于承压密封罩(24)与压热材料体(7)之间。
2.如权利要求1所述的基于固体相变压热效应的冷暖空调系统，其特征在于：承压密封罩(24)包围着压热材料体(7)，油增压环(21)置于承压密封罩(24)与压热材料体(7)之间。
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