[发明专利]一种齿轮对称加载结构的纯固态制冷系统及其制冷方法

说明书

一种齿轮对称加载结构的纯固态制冷系统及其制冷方法，制冷系统包括两对相互啮合的传动齿轮，四个传动齿轮完全相同并且对称布置，同一侧的两个传动齿轮之间通过沿轴心连接的中心轴保持同步转动；传动齿轮的齿轮面上开孔并在同一侧的两个传动齿轮之间安装连接轴，两根连接轴之间通过夹具连接弹热材料；所述的传动齿轮通过驱动电机进行驱动，弹热材料在两侧传动齿轮的带动下能够同时对称伸张收缩以及上下活动，弹热材料的上下两侧分别设置有热汇换热器和热源换热器，弹热材料在伸张状态下与热汇换热器紧密接触散热，弹热材料在收缩状态下与热源换热器紧密接触吸热，热源换热器连接冷藏箱。本发明实现了弹热材料的对称加载、卸载过程，运行稳定。

技术领域

本发明涉及制冷与空调领域，具体为一种齿轮对称加载结构的纯固态制冷系统及其制冷方法。

背景技术

在全世界范围内，很大比例的能源被制冷或空气调节设备消耗，每年都会产生很大的碳排放量。此外，现今应用最广泛的蒸气压缩制冷技术通过百年的发展，已经达到接近40～45％的卡诺循环理论效率。但是蒸气压缩制冷使用的制冷剂大多为对环境不利的氟氯烃、氟代烃等，这些制冷剂对温室效应或者臭氧层有着不可忽略的负面影响，世界范围内的许多国家已经逐步立法限制并禁用这些制冷剂。美国能源部的研究报告指出，弹热制冷技术的卡诺循环效率可以达到42％，并且弹热制冷技术使用的是固体制冷剂，对环境不产生直接的负面影响，所以弹热制冷技术是目前最具有发展潜力的替代制冷技术。但是，弹热制冷技术的系统研究还存在很多挑战，现阶段主要集中在两方面，一是系统温差，二是弹热制冷材料需要的驱动应力较大。对于高温热汇与低温热源之间的系统温差，由于受限于热交换过程的损耗，需要通过合理化地设计系统和循环流程；而对于弹热制冷材料所需要的较大驱动应力的挑战，则需要通过循环系统的设计与加工、装配工艺的统一来克服，这就需要不断优化弹热制冷的传动结构或者加载方式。近年来相关的现有技术中，公开号为CN106052190A的中国专利使用了主动回热式循环来改进系统温差性能的设计，通过回热式循环来有效提升系统温差；公开号为CN107289668A的中国专利则是提供了一种利用低品位热能驱动的弹热制冷循环方法及其系统，来给弹热材料提供所需的相变应力。然而，这两类技术方案虽然有助于解决弹热制冷技术面临的挑战，却都需要多台驱动机构和额外的水循环系统作为传热介质，系统结构较为冗杂。并且在解决弹热制冷材料所需驱动应力较大的问题上，并没有深入地在机械传动、加载方式上进行研究。总而言之，弹热制冷技术的发展需要相应系统方面的研究得到较大的突破，系统研究不仅仅要考虑系统温差和驱动力大小的问题，也要综合设计匹配紧凑、高效的传动结构。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种齿轮对称加载结构的纯固态制冷系统及其制冷方法，在电机驱动弹热制冷系统的基础上，引入齿轮传动的机械结构，通过单台驱动机来实现弹热材料的对称加载、卸载过程，并使用固体导热与该机械结构配合，使得弹热材料周期性地在纯固态系统中，仅通过单机驱动就能够保证弹热材料受拉应力达到高温后与高温热汇接触并向热汇排热，在受压应力达到低温时能够与低温热源接触并从热源吸热。

为了实现上述目的，本发明齿轮对称加载结构的纯固态制冷系统采用如下技术方案：

包括两对相互啮合的传动齿轮，四个传动齿轮完全相同并且对称布置，同一侧的两个传动齿轮之间通过沿轴心连接的中心轴保持同步转动；传动齿轮的齿轮面上开孔并在同一侧的两个传动齿轮之间安装连接轴，两根连接轴之间通过夹具连接弹热材料；所述的传动齿轮通过驱动电机进行驱动，弹热材料在两侧传动齿轮的带动下能够同时对称伸张收缩以及上下活动，弹热材料的上下两侧分别设置有热汇换热器和热源换热器，弹热材料在伸张状态下与热汇换热器紧密接触散热，弹热材料在收缩状态下与热源换热器紧密接触吸热，热源换热器连接冷藏箱。

所述的中心轴与传动齿轮之间采用键连接，夹具通过内嵌的轴承安装在连接轴上。

通过在连接轴上设置凸台或者开槽安装止推垫圈对设置在轴身上的夹具进行定位。