一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置及方法

本发明涉及弹热制冷领域，具体是一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置及方法。

背景技术：

1、弹热制冷主要是通过利用形状记忆合金，在应力作用下产生的晶格相变来实现制冷效果，具体过程为，当对形状记忆合金施加轴向应力时，如奥氏体转变为马氏体，会释放潜热，导致合金温度上升；卸载应力时，马氏体回变为奥氏体，逆向相变过程吸收潜热，导致合金温度降低，从而产生制冷效果。除了形状记忆合金，弹性体材料，例如天然橡胶，拉伸会发热，缩回会降低温度。

2、弹热制冷相较于传统蒸气压缩式制冷技术，具有温室效应低、零排放的优点，但对形状记忆合金施加轴向应力时需要有驱动力，为了避免造成间接污染，将清洁能源作为驱动力的能源是优选。地热蒸汽是一种重要的地热能资源，它是指地下深处的水在地热作用下被加热而形成的蒸汽资源，是一种可再生资源。地热蒸汽通常具有高温、高压的特点。利用地热蒸汽进行能源生产和利用，有助于减少对传统化石燃料的依赖，减少温室气体排放，促进能源结构的转型和可持续发展。只是对地热蒸汽大多都是应用于发电或供暖上，对其直接利用的领域尚且不多，弹热制冷领域也还未出现利用地热蒸汽提供驱动能的驱动装置。

3、基于此，本发明旨在提供一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置及方法，以地热蒸汽作为为驱动能源，解决传统蒸汽压缩式制冷的制冷剂所带来的污染问题，提供一种更为环保的制冷装置以及方法。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术问题的不足，本发明提供了一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置及方法，采用固体制冷，无需使用制冷剂，避免了使用制冷剂所带来的环保问题，具有温室效应低、零排放的优点；另外，本发明以地热蒸汽作为驱动能，避免间接造成污染。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置，包括制冷部分、驱动部分、控制部分；所述制冷部分包括固定安装的呈长方体状的制冷室壳体，制冷室壳体上方设有与制冷室壳体连通的被冷却介质导出管道、冷却介质导出管道，制冷室壳体下方设有与制冷室壳体连通的冷却介质进入管道、被冷却介质进入管道；制冷室壳体内靠近右端设有驱动轴，驱动轴转动安装于筒体的前、后侧壁上，驱动轴前端穿过制冷室壳体前侧壁伸出制冷室壳体外侧；制冷室壳体内设有若干根制冷元件，所有制冷元件一端固定于制冷室壳体左侧壁上，另一端固定于驱动轴上；所述驱动部分包括驱动室壳体，所述驱动轴前端伸入驱动室壳体内，驱动轴前端固定安装叶轮；驱动室壳体下方设有连通驱动室壳体的地热蒸汽田蒸汽导入管，蒸汽导入管旁设有与驱动室壳体相连通的冷凝水排除管，驱动室壳体上方设有与驱动室壳体相连通的蒸汽导出管；所述控制部分包括设置于被冷却介质导出管道、冷却介质导出管道、冷却介质进入管道、被冷却介质进入管道、蒸汽导入管、冷凝水排除管、蒸汽导出管的阀门，所有阀门均通过控制电路与控制电脑相连。

4、本发明制冷元件的材料为形状记忆金属；或者天然橡胶。形状记忆金属包括镍钛丝、钛镍铜、钛镍铁、钛镍铬、铁锰硅合金。

5、本发明驱动轴包括尼龙纤维材料、sm45c钢、环氧复合材料铝或不锈钢加工成杆状。可以承受高强度扭转振动、抗拉强度高。

6、本发明蒸汽导出管的末端与余热利用装置或冷却装置相连接，余热利用装置或冷却装置产生的冷凝水导入回灌井中；所述冷凝水排除管连接至回灌井内。

7、本发明被冷却介质导出管道、被冷却介质进入管道分别的位于筒体左右对角两端；冷却介质导出管道、冷却介质进入管道分别位于筒体左右对角两端。

8、本发明制冷室壳体外包裹有隔热层。隔热层起到保温的作用，避免筒内冷却介质或被冷却介质与外界之间发生热传递。

9、一种地热蒸汽驱动的固体制冷方法，包括如下步骤，

10、1）控制电脑通过控制线路命令冷却介质导出管道、冷却介质进入管道上的阀门打开，冷却介质进入到制冷室壳体内；

11、2)控制电脑通过控制线路命令蒸汽导入管、蒸汽导出管上的阀门打开,地热蒸汽进入到驱动室壳体内，并驱动叶轮转动，叶轮转动带动驱动轴旋转，制冷元件被拉长并缠绕在驱动轴上，此过程中制冷元件对外放热，产生的热量被冷却介质吸收带走；未液化的蒸汽通过蒸汽导出管进入余热利用装置或冷却装置，余热利用或冷却过程中产生的冷凝水流入回灌井中；

12、3）制冷元件在拉长到最大允许限度时，控制电脑通过控制线路关闭蒸汽导入管、蒸汽导出管、冷却介质导出管道、冷却介质进入管道上的阀门；控制电脑通过控制线路打开冷凝水排除管上的阀门，驱动室内产生的冷凝水通过冷凝水导出管流入回灌井中，排除冷凝水后关闭此阀门；

13、4）控制电脑通过控制线路打开被冷却介质导出管道、被通冷却介质进入管道上的阀门，被冷却介质进入制冷室壳体内中，此过程中制冷元件收缩，被冷却介质经制冷元件时降温，直至制冷元件恢复至原状，被冷却介质导出管道、被通冷却介质进入管道上的阀门关闭；一个制冷周期完成，如此反复进行制冷。

14、本发明被冷却介质与冷却介质为同种气体或同种液体，并且不能和制冷元件发生化学反应。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、本发明采用固体制冷，对制冷元件施加轴向应力时，会释放潜热；卸载应力时，逆向相变过程吸收潜热；相较于传统的蒸气压缩式制冷技术，无需使用制冷剂，避免了使用制冷剂所带来的环保问题，具有温室效应低、零排放的优点。

17、2、本发明利用地热蒸汽持续、高压的特点，将其作为动力源，通过控制部分，将地热蒸汽的动能转化为整个装置的驱动能的，实现的对制冷元件的拉伸，直接将地热蒸汽的动能转化为整个装置的驱动能，一方面，地热蒸汽的直接驱动提高了能量的转换化；另一方面，地热蒸汽绿色环保，利用其提供驱动能不会造成间接污染。

18、3、本发明通过控制部分控制蒸汽导入管道上阀门开度来改变蒸汽流量，蒸汽流量的改变可以控制制冷元件的拉伸速度，从而改变制冷原件拉长和缩回周期。

19、4、本发明制冷元件数量可根据制冷能力的需求进行安装，制冷元件沿驱动轴轴线间隔分布。

技术特征：

1.一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，包括制冷部分、驱动部分、控制部分；

2.根据权利要求1所述地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，所述制冷元件的材料为形状记忆金属；或者天然橡胶。

3.根据权利要求1所述地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，所述形状记忆金属包括镍钛丝、钛镍铜、钛镍铁、钛镍铬、铁锰硅合金。

4.根据权利要求1所述地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，驱动轴包括尼龙纤维材料、sm45c钢、环氧复合材料铝或不锈钢加工成杆状。

5.根据权利要求1所述地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，所述蒸汽导出管的末端与余热利用装置或冷却装置相连接，余热利用装置或冷却装置产生的冷凝水导入回灌井中；所述冷凝水排除管连接至回灌井内。

6.根据权利要求1所述地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，所述被冷却介质导出管道、被冷却介质进入管道分别的位于筒体左右对角两端；冷却介质导出管道、冷却介质进入管道分别位于筒体左右对角两端。

7.根据权利要求1所述地热蒸汽驱动的固体制冷装置，其特征在于，制冷室壳体外包裹有隔热层。

8.一种利用如权利要求1-7任一项所述固体制冷装置实现的地热蒸汽驱动的固体制冷方法，其特征在于，包括如下步骤，

9.根据权利要求8所述地热蒸汽驱动的固体制冷方法，其特征在于，所述被冷却介质与冷却介质为同种气体或同种液体，并且不能和制冷元件发生化学反应。

技术总结本发明公开了一种地热蒸汽驱动的固体制冷装置及方法，属于涉及弹热制冷领域，包括制冷部分、驱动部分、控制部分；制冷室壳体内设有驱动轴，驱动轴一端伸出制冷室壳体进入驱动室壳体内，驱动轴上设有叶轮，通过蒸汽导入管将地热蒸汽引入驱动室并推动叶轮转动；制冷室内设有制冷元件，制冷元件两端分别固定于驱动轴、制冷室壳体上；蒸汽导入管、冷凝水排除管、蒸汽导出管、冷却介质导出管道、被冷却介质导出管道、被冷却介质进入管道、冷却介质进入管道上均设有阀门，所有阀门通过控制线路与控制电脑连接；利用地热蒸汽作为能源，对制冷元件拉伸，从而实现周期性的制冷；避免了蒸气压缩式使用的制冷剂可能带来的环保问题。技术研发人员：王庚,荣鼐,李雪飞,胡宁,程海峰,李悦敏,张治,王育涵受保护的技术使用者：安徽建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9