A SUB-ZERO CELSIUS ELASTOCALORIC FREEZING DEVICE USING LOW-TRANSITION-TEMPERATURE NiTi IN CASCADE

Abstract

Provided herein is a solid-state elastocaloric cooling device capable of achieving sub-zero Celsius temperature. Through the implementation of multiple tubular nickel–titanium (NiTi) shape-memory alloy units with a low austenite finish temperature and arranged in a cascaded regenerator, coupled a system operation incorporating a regenerative Brayton cycle, heat is efficiently transferred from a cold-side fluid loop to a hot-side fluid loop. Separate cold-side and hot-side heat exchangers enable heat to be absorbed from a cooling chamber and rejected to the surrounding environment without mixing of fluids. The device demonstrates stable cooling of a circulating heat-exchange fluid to sub-zero Celsius temperatures, enabling freezing-level operation without gaseous refrigerants.

Description

A SUB-ZERO CELSIUS ELASTOCALORIC FREEZING DEVICE USING LOW-TRANSITION-TEMPERATURE NiTi IN CASCADEInventors: Guoan ZHOU and Qingping SUNCross-references to Related Documents:

[0001] The present application claim priority to U.S. Provisional Patent application no. 63 / 763,894 filed February 26, 2025; the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.Field of the Invention:

[0002] The present invention relates to systems and techniques of elastocaloric cooling. More particularly, provided herein is an elastocaloric cooling device capable of reaching sub-zero Celsius temperature through the cascading of NiTi-based regenerator units with the incorporation of Brayton cycle active regeneration.Background of the Invention:

[0003] Refrigeration and freezing technologies are crucial in modern society, spanning a wide range of applications including but not limited to food preservation, medical storage, pharmaceutical manufacturing, industrial processing and cold-chain logistics. In general, the global demand for cooling is continually on the rise.

[0004] Conventionally, refrigeration systems are predominantly based on vapor-compression cycles, which in turn rely on phase changes of gaseous refrigerants. However, some refrigerants utilized by these refrigeration systems are of high global warming potential (GWP) , the use of which are now rigorously regulated. In addition, emerging cooling applications have a tendency of miniaturization. As such, vapor-compression systems may have limited flexibility in integration of these new applications, as vapor-compression systems often involve multiple moving parts and compressors, and miniaturization is thus difficult.

[0005] In response to the aforesaid needs, elastocaloric cooling has been developed. Elastocaloric cooling is a solid-state refrigeration technology based on stress-induced phase transformations in shape-memory alloys (SMAs) . These SMA materials reversibly release and absorb heat when subjected to mechanical loading and unloading, enabling refrigeration without the use of gaseous refrigerants, and are therefore greenhouse gas-free.

[0006] However, despite the development of several prototypes of room-temperature air conditioning based on elastocaloric cooling, existing electrocaloric prototypes have yet to achieve sub-zero Celsius temperature.

[0007] As such, there remains a need for an enhanced elastocaloric cooling system that is capable of cooling to the sub-zero Celsius temperature realm, thereby enabling the application of elastocaloric cooling in freezing scenarios. The present invention addresses this need.Summary of the Invention:

[0008] To address the aforementioned technical problems, the embodiments of the present invention provide a sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device. The device comprises: (i) a compression-based tubular NiTi-based regenerator comprising a plurality of NiTi-based regenerator units connected in series, a plurality of ceramic loading heads for installing the plurality of NiTi-based regenerator units, a guide rail, a cold-side fluid inlet, a cold-side fluid outlet, a hot-side fluid inlet, and a hot-side fluid outlet; (ii) a cooling chamber comprising a fluid inlet and a fluid outlet connected to the cold-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator; (iii) a control panel; (iv) a hot-side fluid loop comprising hot-side fluid heat exchanger connected to the hot-side fluid outlet of the NiTi-based regenerator, and a hot-side fluid pump connected to the hot-side heat exchanger and the hot-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator; (v) a cold-side fluid loop comprising a cold-side fluid heat exchanger connected to the cold-side fluid outlet of the NiTi-based regenerator and the fluid inlet of the cooling chamber, and a cold-side fluid pump connected to the fluid outlet of the cooling chamber and the cold-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator; (vi) an actuator connected to the NiTi-based regenerator; (vii) a force sensor connected to the NiTi-based regenerator; and (viii) a heat exchange fluid flowing through the hot-side fluid loop and the cold-side fluid loop.

[0009] Specifically, the NiTi alloy used has a high content of Ni of no lower than 50 at. %.

[0010] Under an operation having a frequency of 1 Hz and an applied stress of 900 MPa for a duration of 60 minutes, the cooling chamber achieves an interior temperature of lower than 0℃.

[0011] In an embodiment of the present invention, each of the NiTi-based regenerator units comprises a plurality of tubular NiTi alloys, a buckling-prevention casing enclosing the plurality of tubular NiTi alloys, and a ceramic loading head.

[0012] In a further embodiment, the buckling-prevention casing is selected from polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyether ether ketone, polyoxymethylene, glass-fiber reinforced polymers, or any combinations thereof.

[0013] In another embodiment, the cooling chamber is further equipped with an internal electrical fan.

[0014] In another embodiment, the heat exchange fluid is selected from calcium chloride, potassium acetate, potassium formate, or any combinations thereof.

[0015] In yet another embodiment, the number of NiTi-based regenerator units in the NiTi-based regenerator is not less than 8.

[0016] In another embodiment, the number of tubular NiTi alloys in each of the NiTi-based regenerator units is not less than 3.Brief Description of the Drawings:

[0017] Embodiments of the invention are described in more details hereinafter with reference to the drawings, in which:

[0018] FIGs. 1A to 1D illustrate the general design of an elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention, and a performance comparison, in which: FIG. 1A illustrates the architecture design of the elastocaloric cooling device using a NiTi-based regenerator having 8 low-transition-temperature NiTi-based regenerator units in cascade; FIG. 1B shows the adiabatic temperature changes of the NiTi-based shape memory alloys (SMAs) (operated at 900 MPa) and their phase-transition temperatures detected by differential scanning calorimetry; FIG. 1C shows the low-freezing-point heat exchange fluids and the CaCl2 particles (scale bar: 20 μm) ; and FIG. 1D depicts the comparison of the temperature lift (including temperatures of the heat source and the heat sink) of the elastocaloric cooling device with existing elastocaloric devices;

[0019] FIG. 2 shows the assembly of the compression-based tubular NiTi-based regenerator in accordance with an embodiment of the present invention;

[0020] FIGs. 3A and 3D show the tubular NiTi thin-walled structure and corresponding ceramic loading heads of a NiTi-based regenerator unit in accordance with an embodiment of the present invention; in which: FIG. 3A shows the tubular NiTi thin-walled structure before insertion into the buckling-prevention polymethylmethacrylate (PMMA) casing (cross-sectional area of a tubular NiTi = 10.6 mm2) ; FIG. 3B shows the top view of the NiTi-based regenerator unit assembled with the buckling-prevention PMMA casing; FIG. 3C shows the cross-sectional view of the NiTi-based regenerator unit assembled with the buckling-prevention PMMA casing; and FIG. 3D shows the ceramic loading head in front light (top) and the fluid channels shown in backlight (bottom) ;

[0021] FIG. 4 depicts the photograph of an exemplary setup of the elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention, together with the hydraulic setup; wherein the device is designed to be desktop scale, with sizes around 1.0 m (length) x 0.5 m (width) x 0.5 m (height) ;

[0022] FIGs. 5A to 5C illustrate the refrigeration performance of the elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention; in which: FIG. 5A shows the temperature lift Tlift over time between the hot side (Thot) and the cold side (Tcold) of the elastocaloric cooling; FIG. 5B illustrates the specific cooling power (SCP) of the elastocaloric cooling device at different temperature lifts Tlift; and FIG. 5C compares the coefficients of performance (COP) of the elastocaloric cooling device at different temperature lifts, namely 0 K, 15 K and 30 K. “lc” represents “loading curve” and “fwr” represents “full work-recovery" ;

[0023] FIGs. 6A to 6C show an exemplary implementation of an embodiment of the present invention; in which: FIG. 6A depicts the photograph of a desktop-scale elastocaloric cooling device (system compactness of 0.5 W L-1) in accordance with an embodiment of the present invention; FIG. 6B shows the stability of the performance by the elastocaloric cooling device in real-world environment, which maintained a steady cooling chamber temperature of -4℃under an ambient temperature of 24℃; and FIG. 6C shows the freezing of the storage inside the cooling chamber of the elastocaloric cooling device within 2 hours;

[0024] FIG. 7 shows an estimation of global decarbonization through the use of a greenhouse gas refrigerant-free elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention; and

[0025] FIG. 8 provides a schematic illustration of an elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention; wherein the solid lines represent the hydraulic pipelines, and the dotted lines represent electrical wire connection.Detailed Description:

[0026] In the following description, apparatuses, devices, systems, materials, and methods of elastocaloric cooling and the likes are set forth as preferred examples. It will be apparent to those skilled in the art that modifications, including additions and / or substitutions may be made without departing from the scope and spirit of the invention. Specific details may be omitted so as not to obscure the invention; however, the disclosure is written to enable one skilled in the art to practice the teachings herein without undue experimentation.

[0027] As described above, elastocaloric cooling is developed primarily in response to the demand of a green alternative to the high-GWP and relatively inflexible gaseous refrigerant-reliable vapor compression refrigeration technology.

[0028] The general mechanism of elastocaloric cooling is as below:

[0029] (i) Mechanical loading –a shape-memory alloy (SMA) , commonly nickel-titanium (Ni-Ti) , is mechanically stressed.

[0030] (ii) Stress-induced phase transformation –the applied stress causes the SNA to undergo a change in its internal crystal structure. Typically, the internal crystal structure changes from austenite to martensite. This phase transformation is exothermic, thus the SMA releases heat. The released heat is then transferred to a heat sink or to the surroundings.

[0031] (iii) Mechanical unloading and reverse phase transformation –the SMA reverts to its original crystal structure (i.e. martensite-to-austenite) upon the removal of the mechanical stress. This reverse transformation is endothermic, hence absorbing heat and resulting in a cooling effect. The cooled material then absorbs heat from the space or object to be cooled.

[0032] The above-described loading-unloading cycle can be repeated; for example, through the coordinated use of an actuator and a force sensor for controlling the mechanical stress and frequency of stress applied, to produce continuous cooling.

[0033] The cooling performances of existing elastocaloric prototypes are limited to above-zero Celsius levels. This limitation is attributed to the limited latent heat changes and unsatisfying superelasticity of SMA refrigerants at low temperatures.

[0034] To ensure an excellent elastocaloric effect and good superelasticity, elastocaloric devices are usually operated at heat-source temperatures approximately more than 10 K higher than the martensite-to-austenite transition temperature of the chosen SMA refrigerants, also known as the austenite finish (Af) temperature of SMA. However, for commercial SMA refrigerants used in existing elastocaloric devices, including NiTi-based and Cu-based alloys, their Af temperatures are typically around or higher than 0℃.

[0035] For example, F. Bruederlin et al. built a miniature-scale TiNiFe thin-film elastocaloric cooler, achieving a heat-source temperature (Tc) of 17 ℃ at 2 Hz operation. The Af temperature of their TiNiFe SMA films was 9.1 ℃.

[0036] Z. Ahcin et al. utilized single-material NiTi tubes (Af of -7.3 ℃) to build a shell-and-tube-like elastocaloric regenerator. The device achieved a Tc of 15.3 ℃ in the cooling mode.

[0037] G. Zhou et al. constructed a multi-material cascade elastocaloric regenerator, using three NiTi materials with Af temperatures of -2.5 ℃, 28 ℃ and 48 ℃. The Tc of their device was 6.6 ℃.

[0038] In contrast, the phase-transition temperatures of magnetocaloric refrigerants, i.e., the Curie temperatures, can reach as low as -243 ℃, contributing to a record-low Tc of -138 ℃in existing magnetocaloric cooling devices.

[0039] The device in accordance with an embodiment of the present invention incorporates a cascade of low-Af-temperature tubular NiTi-based regenerator units. The high Ni content (51.2 at. %) in the binary alloys reduces their Af temperature down to -20.8 ℃.

[0040] Using calcium chloride solutions (concentration of 30.0 wt. %) as the heat exchange fluids allows the device of the present invention to achieve a sub-zero Celsius heat-source temperature of -12 ℃ on the fluid side at 1.0 Hz operation.

[0041] FIG. 8 provides a schematic illustration of the overall architecture of the elastocaloric cooling device 10 present invention, with solid lines representing the hydraulic loop and the dotted lines representing electrical signal communication. The device 10 comprises a NiTi-based regenerator 13 with a cold-side fluid inlet (Tc, in) , a cold-side fluid outlet (Tc, out) , a hot-side fluid inlet (Th, in) and a hot-side fluid outlet (Th, out) . The cold-side fluid outlet connects to the cold-side heat exchanger 16, which further connects to the cooling chamber 11 in which any target object to be cooled or frozen can be placed within. The cooling chamber 11 is then connected to a cold-side fluid pump 18, which completes the cold-side fluid loop by connecting to the cold-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator 13.

[0042] On the other hand, the hot-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator 13 is connected to a hot-side heat exchanger 17, which is then connected to a hot-side fluid pump 19 and is circled back to the NiTi-based regenerator 13 through the hot-side fluid inlet.

[0043] The NiTi-based regenerator 13 is connected to an actuator 14 and a force sensor 15 for the application of mechanical stress cycles and hence operation of the elastocaloric cooling device. The actuator 14, force sensor 15, cold-side heat exchanger 16 and hot-side heat exchanger 17 are controlled by a control panel 12.

[0044] FIG. 2 further illustrates the structure of the NiTi-based regenerator 13. The NiTi-based regenerator 13 comprises multiple NiTi-based regenerator units 100 connected in series, each of which is secured by ceramic loading heads 101. The entire structure is guided by guide rails 102.103 refers to the cold-side fluid outlet, and 104 refers to the hot-side fluid inlet.

[0045] Referring to FIGs. 3B and 3C, each of the NiTi-based regenerator units 100 comprises multiple tubular NiTi alloys 200, enclosed by a buckling-prevention casing. As discussed above, preferably the NiTi alloys 200 have a high Ni content for a lower Af temperature. The tubular NiTi alloys 200 without the casing is shown in FIG. 3A.

[0046] The buckling-prevention casing 201, on the other hand, can be a casing of polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyether ether ketone, polyoxymethylene, glass-fiber reinforced polymers, or any combinations thereof.

[0047] Referring to FIG. 1A for the architectural design of the elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention, the elastocaloric cooling device is operated according to the active regeneration of Brayton cycle. The inlet and outlet cold-side fluids (Tc, in and Tc, out) are placed on the left side of the NiTi-based regenerator 13, absorbing heat from the environment through a cold-side heat exchanger 16. The inlet and outlet hot-side fluids (Th, in and Th, out) are located on the right side of the NiTi-based regenerator 13, rejecting heat to the environment through a hot-side heat exchanger 17. Meanwhile, the NiTi-based regenerator 13 consists of multiple tubular NiTi-based regenerator units in cascade.

[0048] FIG. 1B shows the details of the adiabatic temperature changes of the chosen NiTi alloys at different ambient temperatures. The applied stress is 900 MPa. The peak value of the adiabatic temperature change of the chosen NiTi is 16.3 ℃ when the ambient temperature is 0 ℃.

[0049] The differential scanning calorimetry (DSC) curves of the NiTi alloys are also shown in FIG. 1B, where an Af temperature of -20.8 ℃ is detected. Ms and As represent the martensite start and austenite start temperatures, respectively.

[0050] In the below section, an elastocaloric cooling device in accordance with an exemplary embodiment of the present invention is shown in details, combining specific choice of materials with the overall device structure and architecture as discussed above. The performance of the exemplary elastocaloric cooling device is also illustrated.

[0051] EXAMPLES

[0052] As shown in FIG. 2, in the NiTi-based regenerator 13 of the elastocaloric cooling device, 8 tubular NiTi-based regenerator units are assembled in cascade. Referring to FIGs. 3B, 3C and 3D, each NiTi-based regenerator unit 100 contains: (i) 3 tubular NiTi thin-walled structures 200 with an outer diameter of 5.4 mm, a cross-sectional area of 10.6 mm2 and a length of 50 mm, all tightly fitted into a 45 mm buckling-prevention polymethylmethacrylate (PMMA) casing 201, and (ii) a ceramic loading head for transmitting force and heat exchange fluids.

[0053] All NiTi-based regenerator units (including the PMMA casings and ceramic loading heads) are constrained by guide rails 102. Only movements along the force direction are allowed. At each end of each NiTi-based regenerator unit 100, there is a Y-shaped joint that connects the regenerator to the heat exchange fluids. The total mass of the NiTi SMA in the device is 82.0 g.

[0054] The exemplary elastocaloric cooling device was operating under active regeneration mode at 1.0 Hz, including 0.1 s fast loading, 0.4 s holding, 0.1 s fast unloading, and 0.4 s holding. The exemplary elastocaloric cooling device was also operating under cooling mode, with Th, in equal to TRoom, with the obtained cold fluid temperature Tc, out recorded. The maximum temperature lift, Tlift, of the regenerator over time is shown in FIG. 5A, where the hot-side heat exchanger (HHEX) and cold-side heat exchanger (CHEX) were both disconnected from the regenerator (under no-load condition) .

[0055] FIG. 5B shows the SCP of the exemplary elastocaloric cooling device at different temperature lifts. Under the zero-lift condition, the device demonstrated the highest SCP of 1.43 W g-1 (V*equals 3.0) . When the temperature lift reached 36 K (Th of 24 ℃, Tc of -12 ℃, V*equals 0.5) , SCP of the device reached zero.

[0056] The comparison of COP performances of the device at 0 K, 15 K, and 30 K temperature lifts is shown in FIG. 5C, where a highest COPfwr of 3.4 was achieved. COPsystem considers the power consumption of the actuator as the input mechanical work (also known as the ‘plugged-into-electrical-outlet’ COP) , COPlc considers the integral along the loading curve in the stress-strain diagram as the input mechanical work (without considering the efficiency of actuator) , and COPfwr considers the enclosed area of the stress-strain diagram as the input mechanical work (which is the most widely utilized method to calculate COP values in elastocaloric literature) . The produced Tc, out cold fluids were pumped from the device into the heat exchanger (an electrical fan installed inside the cooling chamber) to cool the cooling chamber air. Temperatures inside the cooling chamber over time (measured by thermocouples) are shown in FIG. 6B. After 60 minutes, a stable cooling chamber temperature of -4 ℃ was achieved. The storage inside the cooling chamber, 20 mL of distilled water, was completely frozen within 2 hours, as can be seen in FIG. 6C.

[0057] To conduct the tests on the exemplary elastocaloric cooling device under real-world application conditions, the device was encapsulated with dimensions of 1.0 meters in length, 0.5 meters in width, and 0.5 meters in height, as shown in FIG. 6A. The device was then tested in a real-world environment with an ambient temperature of 20-25℃.

[0058] The estimated contribution of the greenhouse gas-free elastocaloric cooling device in accordance with an embodiment of the present invention to global decarbonization is illustrated in FIG. 7. According to the United Nations Environment Programme, the global consumption of current HFC / CHFC-based refrigerants is estimated to be around 1.5 million tonnes annually. Assuming that the average GWP of the globally used HFC / CHFC-based refrigerants is around 1, 500 and green freezing technologies can replace a 30 %portion of this, the device of the present invention is expected to reduce over 650 Mt (million tonnes) CO2 equivalence globally per year.

[0059] As used herein and not otherwise defined, the terms “substantially, ” “substantial, ” “approximately” and “about” are used to describe and account for small variations. When used in conjunction with an event or circumstance, the terms can encompass instances in which the event or circumstance occurs precisely as well as instances in which the event or circumstance occurs to a close approximation. For example, when used in conjunction with a numerical value, the terms can encompass a range of variation of less than or equal to ±10%of that numerical value, such as less than or equal to ±5%, less than or equal to ±4%, less than or equal to ±3%, less than or equal to ±2%, less than or equal to ±1%, less than or equal to ±0.5%, less than or equal to ±0.1%, or less than or equal to ±0.05%. The term “substantially coplanar” can refer to two surfaces within micrometers of lying along a same plane, such as within 40 μm, within 30 μm, within 20 μm, within 10 μm, or within 1 μm of lying along the same plane.

[0060] As used herein, the singular terms “a, ” “an, ” and “the” may include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the description of some embodiments, a component provided “on” or “over” another component can encompass cases where the former component is directly on (e.g., in physical contact with) the latter component, as well as cases where one or more intervening components are located between the former component and the latter component.

[0061] While the present disclosure has been described and illustrated with reference to specific embodiments thereof, these descriptions and illustrations are not limiting. It should be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the true spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims. The illustrations may not necessarily be drawn to scale. There may be distinctions between the artistic renditions in the present disclosure and the actual apparatus due to manufacturing processes and tolerances. There may be other embodiments of the present disclosure which are not specifically illustrated. The specification and the drawings are to be regarded as illustrative rather than restrictive. Modifications may be made to adapt a particular situation, material, composition of matter, method, or process to the objective, spirit, and scope of the present disclosure. All such modifications are intended to be within the scope of the claims appended hereto. While the methods disclosed herein have been described with reference to particular operations performed in a particular order, it will be understood that these operations may be combined, sub-divided, or re-ordered to form an equivalent method without departing from the teachings of the present disclosure. Accordingly, unless specifically indicated herein, the order and grouping of the operations are not limitations.

[0062] The foregoing description of the present invention has been provided for the purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Many modifications and variations will be apparent to the practitioner skilled in the art.

[0063] The embodiments were chosen and described in order to best explain the principles of the invention and its practical application, thereby enabling others skilled in the art to understand the invention for various embodiments and with various modifications that are suited to the particular use contemplated.

Claims

1.A sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device, comprising:a compression-based tubular NiTi-based regenerator comprising:a plurality of NiTi-based regenerator units connected in series;a plurality of ceramic loading heads for installing the plurality of NiTi-based regenerator units;a guide rail;a cold-side fluid inlet;a cold-side fluid outlet;a hot-side fluid inlet; anda hot-side fluid outlet;a cooling chamber comprising:a fluid inlet; anda fluid outlet, wherein the fluid outlet is connected to the cold-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator;a control panel;a hot-side fluid loop comprising:a hot-side fluid heat exchanger connected to the hot-side fluid outlet of the NiTi-based regenerator; anda hot-side fluid pump connected to the hot-side fluid heat exchanger and the hot-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator;a cold-side fluid loop comprising:a cold-side fluid heat exchanger connected to the cold-side fluid outlet of the NiTi-based regenerator and the fluid inlet of the cooling chamber; anda cold-side fluid pump connected to the fluid outlet of the cooling chamber and the cold-side fluid inlet of the NiTi-based regenerator;an actuator connected to the NiTi-based regenerator;a force sensor connected to the NiTi-based regenerator; anda heat exchange fluid flowing through the hot-side fluid loop and the cold-side fluid loop;wherein the NiTi alloy comprises a Ni content of no lower than 50 at. %; andwherein the cooling chamber achieves an interior temperature of lower than 0℃ after 60 minutes of operation at a frequency of 1 Hz and an applied stress of 900 MPa.2.The sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device of claim 1, wherein each of the NiTi-based regenerator unit comprises:a plurality of tubular NiTi alloys;a buckling-prevention casing enclosing the plurality of tubular NiTi alloys; anda ceramic loading head.3.The sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device of claim 2, wherein the buckling-prevention casing is selected from polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyether ether ketone, polyoxymethylene, glass-fiber reinforced polymers, or any combinations thereof.4.The sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device of claim 1, wherein the cooling chamber further comprises an internal electrical fan.5.The sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device of claim 1, wherein the heat exchange fluid is selected from calcium chloride, potassium acetate, potassium formate, or any combinations thereof.6.The sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device of claim 1, wherein the number of NiTi-based regenerator units in the NiTi-based regenerator is not less than 8.7.The sub-zero Celsius regenerative elastocaloric cooling device of claim 2, wherein the number of tubular NiTi alloys in each of the NiTi-based regenerator units is not less than 3.

Images