專利名稱：熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種以磁性流體為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，特別是一種采用熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)，屬于建筑環(huán)境與設(shè)備工程及制冷工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)壓縮制冷技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，形成了龐大的產(chǎn)業(yè)。但它存在兩個明顯的缺陷制冷效率低，且氟利昂工質(zhì)的泄漏會破壞大氣臭氧層。為了提高壓縮式制冷技術(shù)的效率和減少對環(huán)境危害，工程研究人員開始探索新的制冷技術(shù)，如熱電制冷、熱聲制冷、吸收(附)制冷以及磁制冷等技術(shù)。
磁制冷是一種以磁性材料為工質(zhì)的制冷技術(shù)。相比傳統(tǒng)制冷技術(shù)而言，利用磁熱效應(yīng)開發(fā)在室溫條件下工作的磁制冷機，具有結(jié)構(gòu)簡單、無環(huán)境污染、高效節(jié)能等優(yōu)點，并因巨大的市場前景而受到全球關(guān)注。美國、日本、法國等投入了大量人力物力進行研究開發(fā)。磁制冷技術(shù)中的制冷工質(zhì)是固態(tài)的磁性材料，其性能直接影響磁制冷的功率和效率。具有超順磁性的磁性納米合成材料能夠放大磁制冷效應(yīng)，可作為納米磁制冷工質(zhì)。采用各種方法制備納米磁制冷工質(zhì)并研究其磁制冷特性，正成為磁制冷領(lǐng)域的一個研究熱點。磁性液體是液態(tài)的磁性納米合成物，具有超順磁性，能夠放大磁制冷效應(yīng)。因此可以將磁性液體作為磁制冷工質(zhì)應(yīng)用于制冷系統(tǒng)，產(chǎn)生一種新的制冷系統(tǒng)。
在已有技術(shù)中，專利號為02157727.7，名稱為《磁流體制冷循環(huán)裝置》，是根據(jù)熱力學(xué)原理設(shè)計的，以水基磁性流體作為工質(zhì)的發(fā)明專利，包括泵、表面式冷卻器、線圈、表面式加熱器和金屬管道。但該裝置無相變過程，制冷效率低，而且需要泵來加壓。專利號為01102941.2，名稱為《室溫附近的稀土磁液體材料及其磁制冷設(shè)備》的發(fā)明專利，包括磁場系統(tǒng)、磁液體泵、磁液體管路、半導(dǎo)體制冷器、熱交換液體及管路、熱交換液體泵及負(fù)載，磁性流體由稀土顆粒制成。但該設(shè)備管路復(fù)雜，而且需要在多個泵的作用下工作。上述不足極大地阻礙了磁性流體在制冷領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，滿足可持續(xù)發(fā)展對制冷空調(diào)行業(yè)在節(jié)能和環(huán)保上的要求，本發(fā)明研制開發(fā)了采用熱能驅(qū)動、以磁性流體作為工質(zhì)的新型制冷系統(tǒng)。
將納米級(小于10nm)的磁性微粒包覆表面活性劑后，均勻穩(wěn)定地彌散于基液中，形成穩(wěn)定膠體的溶液為磁性流體。磁性流體即使在重力、離心力或強磁場的作用下也不會產(chǎn)生分離現(xiàn)象，是目前國內(nèi)外尖端的納米技術(shù)之一。
磁性流體的飽和磁化強度隨溫度的升高而減少，至居里點時，磁性完全消失。溫度下降后，磁性可重新恢復(fù)。將磁性流體置于溫度場和磁場下，由于溫差的存在，磁性流體的磁化強度存在差別，因而受力不平衡。溫度低處，磁性流體的磁化強度大，受磁場的作用力也較大。因此磁性流體可以在磁場作用力和流體的浮升力的共同作用下而流動，形成熱磁對流。熱磁對流比自然對流作用要大得多。此外，磁性流體對溫度具有敏感性，并且能夠大大提高傳熱效率，可以作為一種強化傳熱的工質(zhì)。
本發(fā)明包括外加磁場、發(fā)生器、蒸汽管路、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、旁通管路和磁性流體管路，在發(fā)生器和吸收器處施加不均勻磁場，該磁場由永久磁鐵或電螺線管提供。系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)為磁性流體，磁性流體的基液為制冷劑和吸收劑組成的二元混合物，如水-氨，溴化鋰-水，或其他碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，也可以是蒸發(fā)性能大的單一工質(zhì)。
當(dāng)磁性流體在發(fā)生器內(nèi)被加熱而沸騰時，外加磁場所提供的磁體力分離磁性流體的氣相(制冷劑)和液相(高濃縮的磁性流體)，并且驅(qū)動它們分別朝向蒸汽管路和旁通管路流動。制冷劑蒸汽首先進入冷凝器，在那里放出熱量給冷卻水后變成液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥加壓，再在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，吸收冷媒水的熱量，這樣，實現(xiàn)了制冷。高濃縮的磁性流體經(jīng)旁通管路和節(jié)流閥，流到吸收器。在吸收器內(nèi)，高濃縮的磁性流體與冷凝下來的制冷劑混合，得到了稀釋。然后，磁性流體在磁體力的作用下沿磁性流體管路返回到發(fā)生器。發(fā)生器、蒸汽管路，冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，吸收器、磁性流體管路構(gòu)成了制冷劑循環(huán)回路；發(fā)生器、旁通管路、節(jié)流閥、吸收器、磁性流體管路構(gòu)成了吸收劑循環(huán)回路。
這種新的制冷系統(tǒng)的優(yōu)點為(1)由于該制冷系統(tǒng)所用工質(zhì)為磁性流體，其基液為制冷劑和吸收劑的二元混合物或者蒸發(fā)性能大的單一工質(zhì)，消除了因使用氟利昂制冷劑帶來的破壞臭氧層、有毒等損害環(huán)境的缺陷。(2)它沒有通常吸收式制冷所必需的溶液泵，所以該制冷系統(tǒng)是一種真正的熱驅(qū)動的制冷循環(huán)，能夠在任何電力不方便的地方運行。因系統(tǒng)無泵，故系統(tǒng)中運動部件少，噪聲小，可靠性高，壽命長，便于維修。(3)磁性流體比其基液具有更好的傳熱效率，因此該系統(tǒng)的制冷效率更高，而且可以更小型化。


圖1是磁性流體制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1是外加磁場，2是發(fā)生器，3是蒸汽管路，4是冷凝器，5是節(jié)流閥，6是蒸發(fā)器，7是吸收器，8是磁性流體管路，9是旁通管，10是節(jié)流閥。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步的描述如圖1所示，本發(fā)明包括外加磁場1，發(fā)生器2，蒸汽管路3，冷凝器4，節(jié)流閥5，蒸發(fā)器6，吸收器7，磁性流體管路8，旁通管路9，節(jié)流閥10。
發(fā)生器2上面的殼程出口通過蒸汽管路3與冷凝器4的殼程入口相連，冷凝器4的殼程出口與節(jié)流閥5的入口相連，節(jié)流閥5的出口連接蒸發(fā)器6的殼程入口。蒸發(fā)器6的殼程出口與吸收器7上面的殼程入口相連。吸收器7下邊的殼程出口與磁性流體管路8的入口相連。磁性流體管路8的出口與發(fā)生器2下面的殼程入口相連。發(fā)生器2的管程與高溫蒸汽、熱水等熱源相通，提供加熱工質(zhì)所需的熱量。冷凝器4的管程內(nèi)通冷卻水，蒸發(fā)器6的管程內(nèi)通冷媒水，吸收器7的管程內(nèi)通冷卻水。
發(fā)生器2右邊的殼程出口通過旁通管路9與吸收器7左邊的殼程入口相連，在旁通管路9中，裝有節(jié)流閥10。外加磁場1分別設(shè)置在發(fā)生器2底部的殼程入口處和吸收器7底部的殼程出口處。外加磁場1是N-S極上下設(shè)置的永久磁鐵，或者是電螺線圈。
制冷系統(tǒng)中的磁性流體工質(zhì)為納米級的磁性微粒包覆表面活性劑后均勻穩(wěn)定地彌散于基液中形成的溶液。磁性微?？梢詾镕e3O4、Ni、Co、和Fe的合金微?；蛘呤堑F、硼化鐵微粒。基液可以為制冷劑和吸收劑組成的二元混合物，如水-氨，溴化鋰-水，或者是高碳烷烴和環(huán)戊烷的二元混合溶液，也可以是蒸發(fā)性能大的單一工質(zhì)，如水。
當(dāng)填充在發(fā)生器2內(nèi)的磁性流體被外部熱源加熱而沸騰時，外加磁場1所提供的磁體力分離磁性流體的氣相(制冷劑)和液相(高濃縮的磁性流體)，并且驅(qū)動它們分別朝向蒸汽管路3和旁通管路9流動。制冷劑蒸汽首先進入冷凝器4，在那里放出熱量給冷卻水后變成液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥5加壓，再在蒸發(fā)器6內(nèi)蒸發(fā)，吸收冷媒水的熱量，這樣，實現(xiàn)了制冷。高濃縮的磁性流體經(jīng)旁通管路9和節(jié)流閥10，流到吸收器7。在吸收器7內(nèi)，高濃縮的磁性流體與冷凝下來的制冷劑混合，得到了稀釋。然后，磁性流體在磁體力的作用下沿磁性流體管路8返回到發(fā)生器2。發(fā)生器2、蒸汽管路3，冷凝器4、膨脹閥5、蒸發(fā)器6，吸收器7、磁性流體管路8構(gòu)成了制冷劑循環(huán)回路；發(fā)生器2、旁通管路9、節(jié)流閥10、吸收器7、磁性流體管路8構(gòu)成了吸收劑循環(huán)回路。
權(quán)利要求
1 一種熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)，包括外加磁場(1)，發(fā)生器(2)，蒸汽管路(3)，冷凝器(4)，節(jié)流閥(5)，蒸發(fā)器(6)，吸收器(7)，磁性流體管路(8)，旁通管(9)，節(jié)流閥(10)，其特征在于本發(fā)明是以熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)，發(fā)生器(2)上面的殼程出口通過蒸汽管路(3)與冷凝器(4)的殼程入口相連，冷凝器(4)的殼程出口與節(jié)流閥(5)的入口相連，節(jié)流閥(5)的出口連接蒸發(fā)器(6)的殼程入口。蒸發(fā)器(6)的殼程出口與吸收器(7)上面的殼程入口相連，吸收器(7)下邊的殼程出口與磁性流體管路(8)的入口相連。磁性流體管路(8)的出口與發(fā)生器(2)下面的殼程入口相連，發(fā)生器(2)管程與高溫蒸汽、熱水等熱源相通，冷凝器(4)的管程內(nèi)通冷卻水，蒸發(fā)器(6)的管程內(nèi)通冷媒水，吸收器(7)的管程內(nèi)通冷卻水，發(fā)生器(2)右邊的殼程出口通過旁通管路(9)與吸收器(7)左邊的殼程入口相連，在旁通管路(9)中，裝有節(jié)流閥(10)。外加磁場(1)分別設(shè)置在發(fā)生器(2)底部的殼程入口處和吸收器(7)底部的殼程出口處。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)，其特征是制冷系統(tǒng)中的磁性流體工質(zhì)為納米級的磁性微粒包覆表面活性劑后均勻穩(wěn)定地彌散于基液中形成的溶液，磁性微?？梢詾镕e3O4、Ni、Co、和Fe的合金微粒或者是氮化鐵、硼化鐵微粒，基液可以為制冷劑和吸收劑組成的二元混合物，如水—氨，溴化鋰—水，或者高碳烷烴和環(huán)戊烷的二元混合溶液，也可以是蒸發(fā)性能大的單一工質(zhì)，如水，磁性流體充填在發(fā)生器(2)和磁性流體管路(8)內(nèi)。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)，其特征是外加磁場(1)是N-S極上下設(shè)置的永久磁鐵，或者是電螺線圈。
全文摘要
熱能驅(qū)動的磁性流體制冷系統(tǒng)主要包括外加磁場、發(fā)生器、蒸汽管路、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、旁通管路和磁性流體管路。在發(fā)生器和吸收器底部施加由永久磁鐵或電螺線管提供的不均勻磁場。磁性流體是納米級的磁性微粒包覆表面活性劑后勻穩(wěn)定地彌散于基液中形成穩(wěn)定膠體的溶液，其基液為制冷劑和吸收劑組成的二元混合物，或者是蒸發(fā)性能大的單一工質(zhì)。發(fā)生器、蒸汽管路，冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，吸收器、磁性流體管路構(gòu)成了制冷劑循環(huán)回路；發(fā)生器、旁通管路、節(jié)流閥、吸收器、磁性流體管路構(gòu)成了吸收劑循環(huán)回路。該制冷系統(tǒng)制冷效率高，對環(huán)境無害，運動部件少，沒有通常吸收式制冷所必需的溶液泵，可以被看作是無泵的吸收制冷系統(tǒng)，是一種真正的熱驅(qū)動的制冷循環(huán)，能夠在任何電力不方便的地方運行。
文檔編號F25B21/00GK1563859SQ20041001736
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者劉俊紅, 顧建明 申請人:上海交通大學(xué)