[发明专利]板材受压弯曲式固态制冷器及其制冷方法

说明书

本公开涉及一种制冷器及其制冷方法，制冷器包括：换热管路，其具有热端区和冷端区；压弯板件组，其包括：对向设置的第一夹板、第二夹板和受压板件，其中受压板件以被压弯为初始状态固定在第一夹板和第二夹板之间；以及驱动器，其驱动压弯板件组在换热管路的热端区和冷端区之间往复运动，在热端区，受压板件处于弯曲的加载状态而放热，在冷端区，受压板件恢复初始状态而吸热。本公开的制冷器及其制冷方法通过受压板件在弯曲过程的吸热效应实现制冷，从而可以实现装置的轻量化，提高了换热效率以及板材在加卸载情况下的稳定性。

技术领域

本公开属于固态制冷技术领域，特别涉及一种形状记忆合金板材受压弯曲而发生形变的加载模式与应用其原理的制冷器结构及其制冷方法。

背景技术

随着现如今制冷设备的广泛使用，传统制冷剂氟利昂被大量制造和排放，虽然氟利昂对人体无刺激性且无毒，但其本身化学属性导致大气层中臭氧含量下降，而臭氧有阻碍宇宙紫外线的作用，大气臭氧的含量下降不仅使得地球表面的生物收到紫外线的伤害，还使得平流层下部和对流层温度上升，从而诱发了“温室效应”。为实现人类的可持续发展，寻找一种环境友好型的制冷技术成为了迫在眉睫的需求。

英国科学家在2004年提出的弹卡固态制冷技术获得世人的关注，通过对材料的进行形变，而产生吸放热的作用。此项技术更在2014年被美国国家能源部门审核为最有可能取代现有气体压缩制冷的技术之一。其中，由于具有极高的相变熵值和材料能效比，镍钛形状记忆合金逐渐成为核心材料，被应用于弹卡固态制冷技术之中。近些年，国内外学者都对镍钛记忆合金弹卡固态制冷领域进行了深入的探索和研究，但存在许多问题与不足，包括较低的力学稳定性与疲劳性能、无法连续运作、较低的制冷温差与能效比、较高的驱动力等，且很少对空气制冷器进行研究。

例如，来自于卢布尔雅那大学的研究学者Jaka Tusek，于2016年在自然能源期刊上发表并报道了一种基于镍钛形状记忆合金拉伸形式的主动回热制冷系统，使用水作为传热介质，获得了15.3K的传热介质温差。但系统是基于试验测试机设计，其拉伸驱动力在7000～8000N，无法小型化与商业化。中国专利CN201810660524.1(公开号CN108954901A，公开日期2018.12.07)公开了一种具有形状记忆合金管材的固态制冷系统，传热介质也为水，其主要特征是通过控制机构分别与冷泵、电动压机相连接，驱动第一传动块和第二传动块沿着内径为3.00mm～5.00mm、外径为5.00mm～7.00mm的形状记忆合金管进行轴向方向线性循环运动，同时通过滚珠丝杆控制吸热剂于管内循环流动，输出回热器自身的冷量和热量以实现输出系统温差。该发明虽然完整地阐述了形状记忆合金压缩形式下的部件构造与运行，但同样的存在驱动力过大的问题(大于10000N)，其驱动器与主要制冷部件存在体积比过大的问题(超过100:1)。

发明内容

为了解决至少上述问题之一，本公开提供了一种形状记忆合金板材受压弯曲的形式与应用其原理的制冷器及其制冷方法。

根据本公开的一个方面，提供一种制冷器，其包括：换热管路、压弯板件组以及驱动器，所述换热管路具有热端区和冷端区，所述压弯板件组包括：对向设置的第一夹板和第二夹板；以及受压板件，所述受压板件以被压弯为初始状态固定在所述第一夹板和所述第二夹板之间；所述驱动器驱动所述压弯板件组在所述换热管路的热端区和冷端区之间往复运动，其中，在所述热端区，所述受压板件处于弯曲的加载状态而放热，在所述冷端区，所述受压板件恢复初始状态而吸热。

可选地，所述受压板件可以由弹卡性质材料制成。

可选地，所述弹卡性质材料至少包括形状记忆合金、自然橡胶、合成聚合物，优选地，所述形状记忆合金选自包括以下的组：镍钛合金、铜铝锰合金、镍锰钛合金、镍钛钴合金。

可选地，所述第一夹板与所述第二夹板为扁平长方体结构，所述第一夹板与所述第二夹板保持底面相对平行且侧面均共面的空间位置状态。

可选地，所述受压板件长度方向上的两端可以以螺纹连接方式分别固定至所述第一夹板和所述第二夹板之间。