一种以天然橡胶为弹热工质的弹热制冷机

本发明涉及固体制冷技术，具体涉及一种以天然橡胶为弹热工质可以实现“零排放”的弹热制冷机。

背景技术：

1、我国目前已是世界上最大的制冷设备生产国，为了应对全球气候变化，并提出了“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”这一重大战略目标。制冷行业与国民经济各部门和社会生活各方面紧密相连，在碳中和背景下，将迎来重要的发展机遇，也将面临一系列新的挑战。在制冷设备中，早期常用的氟利昂制冷系统主要应用在中小型的简单的制冷系统，技术落后，能耗很高，制冷系统运行成本居高不下，给用户造成巨大损失，国家也浪费了大量能源，且氟利昂系统对全球环境影响极大，泄漏物在大气中的寿命长，odp与gwp效应也较高。

2、制冷技术涉及到我们生活的方方面面，并且时时刻刻地为我们的生活带来便利，比如食品冷冻冷藏，空调、电子设备的冷却等。与此同时，我们也不能否认制冷技术带来的高能源消耗和生态环境危机。据统计，制冷行业所消耗的电力占全球总电力的比例已超过15％。根据美国能源部的报告，弹热制冷技术因其潜在的高效率，将成为替代蒸气压缩制冷技术中最具潜力的新型制冷技术之一。

3、天然橡胶也是极有发展潜力的一种弹热材料，具有环境友好、可回收再生、低成本、无毒、高能效等优点。天然橡胶用小的应力便可以产生大的形变，与形状记忆合金相比，其驱动装置更容易实现，并且耐疲劳、疲劳损伤可以通过高温来修复。天然橡胶在弹热制冷领域具有巨大的发展潜力。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种以天然橡胶为弹热工质的弹热制冷机，具备高效能量转换、精准温度调节、紧凑结构设计、环保节能和灵活适用性等优点。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种以天然橡胶为弹热工质的弹热制冷机，所述制冷机包括：

5、第一固定块和第二固定块；

6、设置于所述第一固定块和第二固定块之间的移动滑块；

7、分别与所述移动滑块相连的第一天然橡胶和第二天然橡胶，用于在拉伸加捻和回缩解捻状态下进行温度变化；

8、用于分别控制所述第一天然橡胶和第二天然橡胶的拉伸和扭转状态的第一旋钮电机、第二旋钮电机、第三旋钮电机和第四旋钮电机；

9、多个第一夹具、第二夹具、第三夹具和第四夹具，其中所述第一夹具和第二夹具用以夹紧所述第一天然橡胶，所述第三夹具和第四夹具用以夹紧所述第二天然橡胶；

10、分别与所述第一天然橡胶和第二天然橡胶相邻的第一可伸缩保温水箱和第二可伸缩保温水箱，用于存放水以进行热量交换；

11、分别用于存储经过热量交换后的热水和冷水的热水箱和冷水箱；

12、对应分设于所述热水箱和冷水箱一侧的第一风扇和第二风扇，分别用于加强热水箱和冷水箱中的水与空气的热量交换；

13、设置于所述第二可伸缩保温水箱和热水箱连接管上的第一换向阀；

14、设置于所述第一可伸缩保温水箱和热水箱连接管上的第二换向阀；

15、设置于所述第一可伸缩保温水箱和冷水箱连接管上的第三换向阀；

16、设置于所述第二可伸缩保温水箱和冷水箱连接管上的第四换向阀，用于控制水流方向，以便水在各个部件间循环。

17、优选的，所述弹热制冷机的操作包括以下步骤：

18、a)通过移动滑块拉伸第一天然橡胶，并通过旋钮电机和使第一天然橡胶进入拉伸加捻状态；

19、b)在拉伸加捻状态下，通过第一天然橡胶与第一可伸缩保温水箱中的水进行热量交换，使水温升高；

20、c)开启第一换向阀，将热水导入热水箱中，在风扇的作用下与空气进行热量交换，实现制热；

21、d)通过移动滑块释放第二天然橡胶，并通过旋钮电机和使第二天然橡胶进入回缩解捻状态；

22、e)在回缩解捻状态下，通过第二天然橡胶与第二可伸缩保温水箱中的水进行热量交换，使水温降低；

23、f)开启第四换向阀，将冷水导入冷水箱中，在风扇的作用下与空气进行热量交换，实现制冷；

24、g)在热水箱和冷水箱内的水与环境空气达到热量交换平衡后，通过开启第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀并转换水流方向，使水重新流回第一可伸缩保温水箱和第二可伸缩保温水箱中，为下一个循环过程做准备。

25、优选的，所述第一天然橡胶和第二天然橡胶的拉伸加捻和回缩解捻状态通过调节第一旋钮电机、第二旋钮电机、第三旋钮电机和第四旋钮电机的旋转方向和旋转力度来实现，从而控制第一天然橡胶和第二天然橡胶的熵变和温度变化，以达到制热或制冷的目的。

26、与现有技术相比，本发明提供了一种以天然橡胶为弹热工质的弹热制冷机，具备以下有益效果：

27、高效能量转换：采用天然橡胶作为弹热工质，通过拉伸和释放的过程进行能量转换。在制热过程中，拉伸第一天然橡胶使其与保温水箱中的水进行热量交换，实现热能的释放；而在制冷过程中，释放第二天然橡胶则吸收环境中的热量。这种能量转换机制具有高效性，提高了制冷制热效率。

28、温度调节精准：通过控制旋钮电机的旋转方向和力度，可以精确地调节天然橡胶的拉伸和扭转状态，从而实现对制冷制热过程的精准控制。这种精准的温度调节有助于满足不同环境下的需求，提高了系统的适用性。

29、紧凑结构设计：装置包括固定块、移动滑块、天然橡胶、旋钮电机、夹具以及水箱等组件，形成紧凑的结构。这不仅有利于装置的稳定性，还使得整个制冷机在占用空间方面更为节省，适用于各种使用场景。

30、环保节能：通过水箱和可伸缩保温水箱的设计，实现了水的循环利用和热量交换。这不仅有助于减少对自然资源的依赖，还使得制冷机在运行过程中更为环保，符合可持续发展的理念。

31、灵活适用性：设备采用多个夹具用于夹紧天然橡胶，保证了拉伸和释放过程的稳定性。同时，通过换向阀的设置，实现了水流方向的控制，使得装置能够适应不同工作状态和要求，提高了其灵活性。

32、该弹热制冷机具有高效能量转换、精准温度调节、紧凑结构设计、环保节能和灵活适用性等有益效果。通过充分利用天然橡胶的热力学性质，它在制冷制热过程中展现出了卓越的性能，为环境友好的、高效能源利用的制冷技术提供了一种创新的解决方案。

技术特征：

1.一种以天然橡胶为弹热工质的弹热制冷机，其特征在于，所述制冷机包括：

2.根据权利要求1所述的弹热制冷机，其特征在于，所述弹热制冷机的操作包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的弹热制冷机，其特征在于，所述第一天然橡胶(12)和第二天然橡胶(13)的拉伸加捻和回缩解捻状态通过调节第一旋钮电机(4)、第二旋钮电机(5)、第三旋钮电机(6)和第四旋钮电机(7)的旋转方向和旋转力度来实现，从而控制第一天然橡胶(12)和第二天然橡胶(13)的熵变和温度变化，以达到制热或制冷的目的。

技术总结本发明涉及固体制冷技术领域，且公开了一种以天然橡胶为弹热工质的弹热制冷机，所述制冷机包括：第一固定块和第二固定块、移动滑块、第一天然橡胶和第二天然橡胶、第一旋钮电机、第二旋钮电机、第三旋钮电机和第四旋钮电机、第一夹具、第二夹具、第三夹具和第四夹具、第一可伸缩保温水箱和第二可伸缩保温水箱、热水箱和冷水箱、第一风扇和第二风扇、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀。该弹热制冷机具有高效能量转换、精准温度调节、紧凑结构设计、环保节能和灵活适用性等有益效果。通过充分利用天然橡胶的热力学性质，它在制冷制热过程中展现出了卓越的性能，为环境友好的、高效能源利用的制冷技术提供了一种创新的解决方案。技术研发人员：刘斌,王玉梅,谭全慧受保护的技术使用者：天津商业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27