[发明专利]一种基于弹热效应的冷热联供装置

说明书

一种基于弹热效应的冷热联供装置，属于新型清洁高效制冷领域。方案如下：所述装置，包括电气动力结构、机械传动结构、能质运输结构，所述电气动力结构主要由电机和变频器组成，对所述的机械传动结构进行动力的输入，机械结构的拉伸与恢复使弹热材料产生热量与冷量，这些热量与冷量通过能质运输结构进行聚集与传输。本发明利用弹热材料的弹热性能，即材料通过受拉伸和恢复的力而引发材料内部的组织结构发生奥氏体与马氏体的相变产生制冷与制热的效应。本装置对弹热材料适应性结构设计，通过此装置对弹热材料进行循环拉伸与恢复，使之产生制冷与制热的效应，进而实现高效清洁制冷和制热的目的。

技术领域

本发明属于新型清洁高效制冷领域，具体涉及一种基于弹热效应的冷热联供装置。

背景技术

我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生资源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展。另一方面，一些设备使用的制冷剂中含有大量有害元素，会对大自然造成不可挽回的损害。

20世纪初以来，蒸汽压缩制冷技术已被广泛应用于空调、冰箱、移动空调等产品。据统计建筑能耗占全国能耗的25％，其中制冷和制热占55％～66％，如果空调的效率提升10％，那么每年可以节约37GW的电量。另一方面，该技术的大量使用也产生并加剧了诸多全球性的环境问题。早期的氯氟烃(CFC)、氢氯氟烃(HCFC)类制冷剂会产生臭氧破坏效应，其替代物氢氟烃(HFC)类制冷剂普遍会产生较强的温室效应。在2014年政府气候变化专门委员会(IPCC)发布的最新的评估报告中指出，自1901年至2012年，地表的平均温度上升了0.89℃，而预计在2016—2035年间，地表温度会继续上升0.3～0.7℃，这一气候变化将从经济发展和食品安全等多方面影响人类社会的可持续发展。进入21世纪以来，人们愈发重视臭氧空洞及全球变暖问题，为了应对这些传统制冷剂带来的臭氧空洞及全球变暖危机，亟需研发环境友好的新型制冷剂。在这样的情况下，越来越多的学者将目光聚集在新一代非蒸汽压缩制冷技术上，以期从根本上突破传统制冷剂在环境问题上的困境。弹热效应便是近年来新兴的一种非蒸汽压缩制冷方法的基础原理。

弹热制冷是由应力场驱动弹热材料相变而产生制冷效应的固态制冷技术，基本原理在2004年被英国科学家提出，已被美国能源部认可为最具潜力的新型制冷技术。弹热材料制冷制热的原理是对弹热材料施加轴向载荷，材料在应力作用下由奥氏体转变为马氏体，熵减小并且对外放热，产生制热效应；去除载荷时，逆向的相变导致熵增大，从外界吸热，产生制冷效应。弹热制冷制热技术的特点是无任何环境破坏作用，与传统的蒸汽压缩式冰箱、空调相比，变形后改变熵的固体可能提供更高的效率；同时，它还具有更低的成本、更小的重量和体积，方便小型化。

弹热制冷技术与蒸汽压缩制冷技术存在着两点显著区别：第一，由于采用应力拉伸式结构，弹热制冷技术需要进行周期性运行；第二，由于采用了“固态制冷剂”，弹热制冷技术需要额外的气态或液态载冷剂将弹热材料周期性产生的热量及冷量带走。基于这两点区别，弹热制冷系统的设计存在其特殊性。目前弹热制冷在系统层面的研究尚处于起步阶段，没有形成一个完整的热力循环系统。通过对弹热材料的材料力学性能的优化，可以使弹热技术的卡诺效率达到67％，高于如今被广泛应用的空气压缩原理制冷，其卡诺效率一般低于60％。并且这种制冷技术的材料可以应用天然橡胶、钓鱼线以及镍钛合金等多种普通材料，成本低，体积小，节能环保。但是现今还没有一种适用于弹热材料的系统化的装置，开发一种适用于弹热材料的装置对于节能环保以及环境的可持续性发展都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于缓解传统制冷装置制冷剂的环境污染问题，并进一步提高能量转化效率，最大程度上节约能源，产生更多的制冷量与制热量，提供一种基于弹热效应的冷热联供装置，该装置基于弹热效应的制冷和制热过程，适应弹热材料的弹热性能而设计，通过各组成部件之间的相互配合，在实现弹热材料性能最大化的同时，实现基于弹热材料的冷热联供的循环系统，满足未来人类生活和发展中对高效制冷和制热技术的需求。