CN114484922B - 一种固态制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固态制冷技术领域，公开了一种固态制冷装置，其包括：磁体、第一换热器、第二换热器、阀体、具有腔体的安装壳、第一磁致伸缩体、第二磁致伸缩体，以及固态制冷工质；固态制冷工质夹持在第一磁致伸缩体和第二磁致伸缩体之间；安装壳上开设有与腔体相连通的通孔；多个安装壳沿第一轴线的周向方向依次布设并围合形成与通孔相连通的通道；多个安装壳相对第一轴线转动时，经过磁体磁场的第一磁致伸缩体和第二磁致伸缩体相向运动，以使对应的固态制冷工质压缩放热。本申请中多个安装壳由于采用绕第一轴线转动的运动方式，从而使本申请的固态制冷装置受到的惯性力影响较小，以使固态制冷装置的工作更加稳定。

Description

一种固态制冷装置

技术领域

本发明涉及固态制冷技术领域，特别是涉及一种固态制冷装置。

背景技术

目前，空调和冰箱主要采用机械蒸发-凝聚循环的方式进行制冷，其中使用的氟利昂是引起温室效应的气体。因此需要寻求相对低廉，并且不会引起温室效应的新制冷技术。随着科学家不断的深入研究，固态制冷技术被认为是极具潜力并可替代氟利昂的新一类制冷技术。

固态制冷技术因其具有更高的制冷效率和更环保的优点而受到越来越多的关注，但现时采用固态制冷技术的制冷装置体积过于巨大，并且需要不断利用固态制冷工质的往复运动，每次的往复运动均需要进行一次启停，导致现时的固态制冷装置体积过大并且结构复杂。

发明内容

本发明的目的是：提供一种体积小，并且结构简单的固态制冷装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种固态制冷装置，其包括：驱动机构、磁体、第一换热器、第二换热器、阀体、具有腔体的安装壳、沿第一直线方向滑设于所述腔体内的第一磁致伸缩体、沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第二磁致伸缩体，以及设置于所述腔体内的固态制冷工质；所述固态制冷工质夹持在所述第一磁致伸缩体和所述第二磁致伸缩体之间；所述安装壳上开设有与所述腔体相连通的通孔；

所述安装壳的数量为多个，多个所述安装壳沿第一轴线的周向方向依次布设并围合形成与所述通孔相连通的通道；所述第一轴线的延伸方向与所述第一直线方向相平行；所述驱动机构用于驱动多个所述安装壳绕所述第一轴线转动；所述阀体设置在所述通道内，所述阀体分别与所述第二换热器和所述第一换热器连接；

其中，多个所述安装壳相对所述第一轴线转动时，经过磁体磁场的所述第一磁致伸缩体和所述第二磁致伸缩体相向运动，以使对应的所述固态制冷工质压缩放热。

可选的，还包括：沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第一隔板、沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第二隔板、固设于所述腔体内的第一安装板，以及固设于所述腔体内的第二安装板；在所述第一直线方向上，所述第一安装板、所述第一磁致伸缩体、所述第一隔板、所述固态制冷工质、所述第二隔板、所述第二磁致伸缩体，以及所述第一安装板依次设置。

可选的，所述第一隔板和所述第二隔板均与所述第一轴线相垂直；所述第一隔板和所述第二隔板将所述腔体分隔形成相隔绝的第一腔室、第二腔室，以及第三腔室；所述固态制冷工质位于所述第二腔室内；所述通孔与所述第二腔室相连通。

可选的，所述第二腔室和所述通道内设置有换热流体；所述换热流体内添加有防腐试剂。

可选的，所述安装壳为柱体；所述柱体的横截面呈扇形并与所述第一轴线相垂直；所述第一磁致伸缩体和所述第二磁致伸缩体均呈平板状并与所述第一轴线相垂直。

可选的，所述腔体的侧壁上沿所述第一直线方向设置有导向条；所述第一磁致伸缩体上开设有第一滑槽；所述第一隔板开设有第二滑槽；所述第二隔板开设有第三滑槽；所述第二磁致伸缩体开设有第四滑槽；所述导向条滑设于所述第一滑槽、第二滑槽、第三滑槽，以及第四滑槽内。

可选的，所述磁体的磁场强度大于所述第一磁致伸缩体、所述第二磁致伸缩体，以及所述固态制冷工质的最低响应磁场强度。

可选的，所述磁体为U形磁铁；所述U形磁铁形成有磁场；所述磁场位于所述安装壳的转动轨迹上。

可选的，所述U形磁铁的两个端部的连接线与所述第一轴线相平行设置。

可选的，所述固态制冷工质由镧铁硅材料制成。

本发明实施例一种固态制冷装置与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明实施例通过阀体在固态制冷工质吸热和放热的过程中切换至不同的换热器，从而实现本申请中的换热流体单向流动，可有效解决以往的固态制冷装置冷热流体混合的问题，并且本申请中多个安装壳由于采用绕第一轴线转动的运动方式，从而使本申请的固态制冷装置受到的惯性力影响较小，以使固态制冷装置的工作更加稳定。此外，旋转运动需要的空间较往复运动小，使在制冷效果更好的情况下本申请的体积更小，从而使驱动机构驱动磁场和安装壳相对运动的功耗更小，效率更高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中多个安装壳的连接关系示意图；

图3是本发明实施例中第一磁致伸缩体、固态制冷工质，以及第二磁致伸缩体的连接关系示意图；

图4是本发明实施例的工作流程图。

图中，1、磁体；2、第一换热器；3、第二换热器；4、阀体；5、安装壳；51、通孔；6、第一磁致伸缩体；61、第一滑槽；7、第二磁致伸缩体；71、第四滑槽；8、固态制冷工质；9、通道；10、第一隔板；101、第二滑槽；11、第二隔板；111、第三滑槽；12、第一安装板；13、第二安装板；14、导向条。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位是相对于各个附图中的方向来定义的，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而改变。所以，不应将这些或其他方位用于理解为限制性用语。

应注意，术语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除复数。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本申请的其他实施例。

另外还应当理解的是，本文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

应当注意的是，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的组件。

如图1-图4所示，本发明实施例优选实施例的一种固态制冷装置，其包括：驱动机构、磁体1、第一换热器2、第二换热器3、阀体4、具有腔体的安装壳5、沿第一直线方向滑设于所述腔体内的第一磁致伸缩体6、沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第二磁致伸缩体7，以及设置于所述腔体内的固态制冷工质8。所述固态制冷工质8夹持在所述第一磁致伸缩体6和所述第二磁致伸缩体7之间。所述安装壳5上开设有与所述腔体相连通的通孔51。

固态制冷工质8设置在第一磁致伸缩体6和所述第二磁致伸缩体7之间，使能够通过第一磁致伸缩体6和所述第二磁致伸缩体7的相反移动和背向移动从而实现固态制冷工质8的放热和吸热。

参见图2，安装壳5的数量为多个，多个所述安装壳5沿第一轴线的周向方向依次布设并围合形成与所述通孔51相连通的通道9，其中，多个安装壳5依次连接，其内壁围合形成上述的通道9，第一轴线位于通道9内。所述第一轴线的延伸方向与所述第一直线方向相平行。所述驱动机构用于驱动多个所述安装壳5绕所述第一轴线转动。

其中，多个所述安装壳5相对所述第一轴线转动时，经过磁体1磁场的所述第一磁致伸缩体6和所述第二磁致伸缩体7相向运动，以使对应的所述固态制冷工质8压缩放热。所述阀体4设置在所述通道9内，所述阀体4分别与所述第二换热器3和所述第一换热器2连接。

本发明实施例中第一轴线与磁体1的相对位置固定，也即是磁体1固定不动，多个所述安装壳5绕第一轴线转动时，多个安装壳5依次经过磁体1的磁场，安装壳5在驱动机构的驱动下转动至磁场中时，对应的第一磁致伸缩体6、固态制冷工质8，以及第二磁致伸缩体7进入磁场中，第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7在磁场的作用下体积增大，以使位于第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7之间的固态制冷工质8的体积被压缩，并且固态制冷工质8同时受到磁场的作用，从而实现固态制冷工质8的应力场与磁场的耦合，从而使固态制冷工质8体积逐渐变小从而放出热量。而当安装壳5在驱动机构的驱动下从磁场转动出磁场的外部的过程中，由于磁场的消失使对应的第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7的体积恢复，也即是第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7不再压缩固态制冷工质8的体积，同时作用于固态制冷工质8的磁场也消失，也即是作用于固态制冷工质8的应力场与磁场消失，此时固态制冷工质8体积逐渐恢复从而吸收热量。在安装壳5进入磁场并且进行放热的过程中，阀体4切换至安装壳5上的通孔51与第一换热器2连接；在安装壳5退出磁场并且进行吸热的过程中，阀体4切换至安装壳5上的通孔51与第二换热器3连接，从而实现固态制冷效果。本申请通过阀体4在固态制冷工质8吸热和放热的过程中切换至不同的换热器，从而实现本申请中的换热流体单向流动，可有效解决以往的固态制冷装置冷热流体混合的问题，并且本申请中多个安装壳5由于采用绕第一轴线转动的运动方式，从而使本申请的固态制冷装置的惯性力影响较小，从而使本申请的固态制冷装置更加稳定。此外，旋转运动需要的空间较往复运动小，使在制冷效果更好的情况下本申请的体积更小，从而使驱动机构驱动磁场和回热器相对运动的功耗更小，效率更高。

具体地，在磁场中第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7的运动方向相反，只能实现相向位移或反向位移。

优选地，阀体4为旋转阀，并且旋转阀的两个输出端分别为通道9的一端开口和通道9的另一端开口，通过旋转阀的切换从而使经过磁场的安装壳5与第一换热器2或第二换热器3进行连接，并且旋转阀的设置避免了以往其他阀体4需要多种连通管从而导致连通管相互缠绕的问题。

一种可能的实施例中，参见图3，本发明还包括：沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第一隔板10、沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第二隔板11、固设于所述腔体内的第一安装板12，以及固设于所述腔体内的第二安装板13。在所述第一直线方向上，所述第一安装板12、所述第一磁致伸缩体6、所述第一隔板10、所述固态制冷工质8、所述第二隔板11、所述第二磁致伸缩体7，以及所述第一安装板12依次设置。其中，为了使第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7均对固态制冷工质8进行压缩，本申请在腔体内设置第一安装板12和第二安装板13，并且第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7位于第一安装板12和第二安装板13之间，以使第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7在变大的过程只能对固态制冷工质8进行压缩。另外，第一磁致伸缩体6形变时先作用于第一隔板10，再通过第一隔板10作用于固态制冷工质8，第二磁致伸缩体7形变时先作用于第二隔板11，再通过第二隔板11作用于固态制冷工质8，并且第一隔板10和第二隔板11均只能沿第一直线方向滑动，从而使对固态制冷工质8的应力场更加稳定。

优选地，第一隔板10和第二隔板11由高强度、高模量材料制成。

进一步地，所述第一隔板10和所述第二隔板11均与所述第一轴线相垂直。所述第一隔板10和所述第二隔板11将所述腔体分隔形成相隔绝的第一腔室、第二腔室，以及第三腔室，并且第一腔室、第二腔室，以及第三腔体在第一隔板10和第二隔板11的滑动过程中体积不断变化。所述固态制冷工质8位于所述第二腔室内，第一磁致伸缩体6位于第一腔室内，第二磁致伸缩体7位于第三腔室内，第一隔板10与第二隔板11相平行，以使得第一隔板10与第二隔板11对固态制冷工质8的压缩更加均匀。

进一步地，所述通孔51与所述第二腔室相连通，所述第二腔室和所述通道9内设置有换热流体，当安装壳5在驱动机构的驱动下转动至磁场中时，阀体4切换第一换热器2与安装壳5通过通孔51连通，并且通过换热流体将腔体内的热量输送至第一换热器2中。在安装壳5退出磁场并且进行吸热的过程中，阀体4切换第二换热器3与安装壳5通过通孔51连通，并且通过换热流体将第二换热器3内的热量输送至腔体中。

本申请中的换热流体可以是水、乙二醇等流体。并且为了防止换热流体造成本申请中制冷装置的腐蚀，所述换热流体内添加有防腐试剂。

一种可能的实施例中，参见图1和图2，安装壳5为柱体。所述柱体的横截面呈扇形并与所述第一轴线相垂直，安装壳5具有相对两端开口。所述第一磁致伸缩体6和所述第二磁致伸缩体7均呈平板状并与所述第一轴线相垂直，也即是第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7均与柱体的横截面相平行。本申请中的安装壳5呈扇形，以使多个安装壳5沿第一轴线的周向方向依次排布时能够形成一个呈圆柱体状的固态制冷装置。示例性地，当安装壳5的数量为四个时，安装壳5的扇形横截面的圆心角为90度，当安装壳5的数量为八个时，安装壳5的扇形横截面的圆心角为45度。

进一步地，参见图2和图3，腔体的侧壁上沿所述第一直线方向设置有导向条14。所述第一磁致伸缩体6上开设有第一滑槽61，所述第一隔板10开设有第二滑槽101，所述第二隔板11开设有第三滑槽111，所述第二磁致伸缩体7开设有第四滑槽71，第一滑槽61、第二滑槽101，以及第三滑槽111依次连接成一沿第一直线方向延伸的直槽。所述导向条14滑设于所述第一滑槽61、第二滑槽101、第三滑槽111，以及第四滑槽71内，其中，第一滑槽61、第二滑槽101、第三滑槽111，以及第四滑槽71的设置起到对第一磁致伸缩体6、第一隔板10、第二隔板11，以及第二磁致伸缩体7的导向作用，以使第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7沿第一直线方向对固态制冷工质8进行压缩，以保证均匀传到至固态制冷工质8的形变效果。

一种可能的实施例中，所述磁体1的磁场强度大于所述第一磁致伸缩体6、所述第二磁致伸缩体7，以及所述固态制冷工质8的最低响应磁场强度。在转动过程中，单一安装壳5能够完全覆盖在磁体1的磁场中。

具体地，参见图1，所述磁体1为U形磁铁，也即是马蹄状磁体1。所述U形磁铁形成有磁场，所述磁场位于所述安装壳5的转动轨迹上，以是磁体1的内部磁场更加均匀和稳定，减小本申请的整体结构体积，更便于多个安装壳5绕第一轴线进行转动。

可以理解的是，磁体1还可以选择圆环状、工字型或其他形状，在此不作限定。

进一步地，所述U形磁铁的两个端部的连接线与所述第一轴线相平行设置，从而使U形磁铁的两个端部分别对第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7磁力更加稳定。

具体地，所述固态制冷工质8包括但不限于镧铁硅材料制成，其还可以是多种材料复合而成。

结合附图4阐述本申请的工作过程：多个所述安装壳5绕第一轴线转动时，多个安装壳5依次经过磁体1的磁场，安装壳5在驱动机构的驱动下转动至磁场中时，对应的第一磁致伸缩体6、固态制冷工质8，以及第二磁致伸缩体7进入磁场中，第一磁致伸缩体6和第二磁致伸缩体7对固态制冷工质8进行压缩，此时旋转阀的a口和b口导通，第二腔室内的换热流体将内部热量通过旋转阀输送至第一换热器2。当安装壳5继续转动至安装壳5从磁场转动出磁场的外部时，作用于固态制冷工质8的应力场与磁场消失，此时旋转阀的a口和c口相连通，固态制冷工质8体积逐渐恢复从而吸收热量，第二换热器3内的换热流体将内部热量通过旋转阀输送至第二腔室内的固态制冷工质8，此时完成一个循环。当下一个安装壳5进入磁场时，a口关闭，d口导通，并重复上述步骤，直至所有的安装壳5完成一个循环。

综上，本发明实施例提供一种固态制冷装置，其通过旋转阀在固态制冷工质8吸热和放热的过程中切换至不同的换热器，从而实现第一换热器2吸热和第二换热器3放热，并且本申请中多个安装壳5由于采用绕第一轴线转动的运动方式，从而使本申请的固态制冷装置受到的惯性力影响较小，使固态制冷装置更加稳定。此外，旋转运动需要的空间较往复运动小，使在制冷效果更好的情况下本申请的体积更小，以使驱动机构驱动磁场和安装壳相对运动的功耗更小，效率更高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种固态制冷装置，其特征在于，包括：驱动机构、磁体、第一换热器、第二换热器、阀体、具有腔体的安装壳、沿第一直线方向滑设于所述腔体内的第一磁致伸缩体、沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第二磁致伸缩体，以及设置于所述腔体内的固态制冷工质；所述固态制冷工质夹持在所述第一磁致伸缩体和所述第二磁致伸缩体之间；所述安装壳上开设有与所述腔体相连通的通孔；

所述安装壳的数量为多个，多个所述安装壳沿第一轴线的周向方向依次布设并围合形成与所述通孔相连通的通道；所述第一轴线的延伸方向与所述第一直线方向相平行；所述驱动机构用于驱动多个所述安装壳绕所述第一轴线转动；所述阀体设置在所述通道内，所述阀体分别与所述第二换热器和所述第一换热器连接；

其中，多个所述安装壳相对所述第一轴线转动时，经过磁体磁场的所述第一磁致伸缩体和所述第二磁致伸缩体相向运动，以使对应的所述固态制冷工质压缩放热。

2.根据权利要求1所述的固态制冷装置，其特征在于，还包括：沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第一隔板、沿所述第一直线方向滑设于所述腔体内的第二隔板、固设于所述腔体内的第一安装板，以及固设于所述腔体内的第二安装板；在所述第一直线方向上，所述第一安装板、所述第一磁致伸缩体、所述第一隔板、所述固态制冷工质、所述第二隔板、所述第二磁致伸缩体，以及所述第一安装板依次设置。

3.根据权利要求2所述的固态制冷装置，其特征在于，所述第一隔板和所述第二隔板均为平板；所述第一隔板和所述第二隔板均与所述第一轴线相垂直；所述第一隔板和所述第二隔板将所述腔体分隔形成相隔绝的第一腔室、第二腔室，以及第三腔室；所述固态制冷工质位于所述第二腔室内；所述通孔与所述第二腔室相连通。

4.根据权利要求3所述的固态制冷装置，其特征在于，所述第二腔室和所述通道内设置有换热流体；所述换热流体内添加有防腐试剂。

5.根据权利要求2所述的固态制冷装置，其特征在于，所述安装壳为柱体；所述柱体的横截面呈扇形并与所述第一轴线相垂直；所述第一磁致伸缩体和所述第二磁致伸缩体均呈平板状并与所述第一轴线相垂直。

6.根据权利要求3所述的固态制冷装置，其特征在于，所述腔体的侧壁上沿所述第一直线方向设置有导向条；所述第一磁致伸缩体上开设有第一滑槽；所述第一隔板开设有第二滑槽；所述第二隔板开设有第三滑槽；所述第二磁致伸缩体开设有第四滑槽；所述导向条滑设于所述第一滑槽、第二滑槽、第三滑槽，以及第四滑槽内。

7.根据权利要求1所述的固态制冷装置，其特征在于，所述磁体的磁场强度大于所述第一磁致伸缩体、所述第二磁致伸缩体，以及所述固态制冷工质的最低响应磁场强度。

8.根据权利要求1所述的固态制冷装置，其特征在于，所述磁体为U形磁铁；所述U形磁铁形成有磁场；所述磁场位于所述安装壳的转动轨迹上。

9.根据权利要求8所述的固态制冷装置，其特征在于，所述U形磁铁的两个端部的连接线与所述第一轴线相平行设置。

10.根据权利要求1-9任一项所述的固态制冷装置，其特征在于，所述固态制冷工质由镧铁硅材料制成。