專利名稱：用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循
環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的磁制冷機(jī)是通過壓縮氣體膨脹技術(shù)實現(xiàn)制冷目的的。其中壓縮氣體使用的是氟利昂或氫氟烴。這兩種氣體都會對大氣造成破壞，會損壞大氣臭氧層或具有溫室效應(yīng)。近年來發(fā)展的磁制冷技術(shù)通過磁化和退磁過程中材料的磁熵變化達(dá)到制冷的目的。由于這種材料不使用氣體制冷技術(shù)，不會引起溫室效應(yīng)，被稱為綠色環(huán)保制冷技術(shù)。此外，和氣體制冷系統(tǒng)相比，磁制冷至少可以少消耗20%至30%的能源。事實上，現(xiàn)在使用的冰箱和空調(diào)系統(tǒng)正成為全世界能源消耗的主體。與傳統(tǒng)氣體制冷技術(shù)比較，磁致冷具有低噪聲、效率 高、耗能低、無污染、安全可靠和易于小型化等特點(diǎn)。開發(fā)高性能磁致冷材料和研制高效磁致冷機(jī)已成為各國科研工作者和工業(yè)界競爭開展的熱點(diǎn)工作。由于磁制冷機(jī)的冷熱循環(huán)過程需要靠冷卻介質(zhì)將磁工質(zhì)進(jìn)出磁場過程中產(chǎn)生或吸收的熱量與外部環(huán)境交換，完成外部制冷，因此磁制冷機(jī)的水路設(shè)計是磁制冷機(jī)的重要組成部分。為滿足磁工質(zhì)與冷卻介質(zhì)高效熱交換，水路設(shè)計需滿足1)磁工質(zhì)以較高頻率進(jìn)出磁場；2)冷卻介質(zhì)在磁熵變化完成以前有充分時間與磁工質(zhì)進(jìn)行熱交換；3)冷卻介質(zhì)與冷卻負(fù)載之間有高效的熱交換。為滿足上述條件，全世界的科學(xué)家以及工程師們提出了各種各樣的解決方案?？傮w上可以概括為兩種一為活塞式，根據(jù)磁工質(zhì)相對于磁場的位置，即在不同的制冷或制熱階段，選擇對應(yīng)的冷卻劑的流向(美國專利No. 6，826，915)；二，進(jìn)出水口位置隨著磁工質(zhì)運(yùn)動，根據(jù)磁場分布確定冷卻劑或冷卻水路的選擇(JTusek,S. Zupan, A. Sarlah, I. Prebil, A. Poredos, Development of a rotary magneticrefrigerator, International journal of refrigeration, 33 (2010) 294-300);三,進(jìn)出水口位置相對磁場分布固定，分水器在進(jìn)水口與磁工質(zhì)之間負(fù)責(zé)導(dǎo)流，構(gòu)建冷卻介質(zhì)循環(huán)回路(國際專利No. Wo 2009/024412 Al)。上述三種方案，前兩種由于需要根據(jù)磁場位置轉(zhuǎn)換冷熱水循環(huán)完成制冷或制熱循環(huán)，因此需設(shè)計相應(yīng)的水路分配系統(tǒng)并且由于系統(tǒng)反應(yīng)時間的限制，使得磁制冷系統(tǒng)制冷效率低下。第三種方案具有較高的制冷效率然而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分水器的使用使得實現(xiàn)較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，通過采用動密封設(shè)計并利用磁工質(zhì)與水路循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)造動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)系統(tǒng)，增加磁工質(zhì)與冷卻介質(zhì)的接觸，提高熱交換效率。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于包括位于周期磁場內(nèi)的磁床，所述的磁床內(nèi)設(shè)置有柵格，磁床的兩端設(shè)置有滑軌一和滑軌二，以及與滑軌一和滑軌二相配合的滑槽一和滑槽二，柵格內(nèi)設(shè)置有磁工質(zhì)，所述的滑槽一、磁工質(zhì)、恒溫水槽與滑槽二依次連接構(gòu)成閉合循環(huán)回路一，滑槽一、磁工質(zhì)、負(fù)載與滑槽二依次連接構(gòu)成閉合循環(huán)回路二。所述的滑槽一和滑槽二為三層密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外側(cè)為迷宮式結(jié)構(gòu)，中間為平滑表面。所述的磁床為多層圓管狀結(jié)構(gòu)并在層間徑向固定。所述的磁工質(zhì)在沿冷卻介質(zhì)流通方向貫通。所述的磁床為空心圓柱殼體，空心圓柱殼體的兩端設(shè)置有滑槽一和滑槽二，滑槽一上設(shè)置有與柵格連通的導(dǎo)流槽一和導(dǎo)流槽二，滑槽二上設(shè)置有與柵格連通的導(dǎo)流槽三和導(dǎo)流槽四。所述的滑槽一上還設(shè)置有進(jìn)水口一和進(jìn)水口二，滑槽二上設(shè)置有出水口三和出水 口四。所述的負(fù)載為制冷機(jī)器。所述的磁床包括用于驅(qū)動磁床旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的運(yùn)動部。所述的滑槽一和滑槽二包括用于固定的安裝部。所述的用于連通磁床的進(jìn)水口一、進(jìn)水口二、出水口一和出水口二，用于驅(qū)動冷卻介質(zhì)流動的水泵一和水泵二，用于與外部熱交換的負(fù)載，用于保持磁工質(zhì)始終處于工作溫度的恒溫水槽之間的管路系統(tǒng)構(gòu)成水路循環(huán)裝置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下本發(fā)明致力于引入動密封-動態(tài)閉路循環(huán)系統(tǒng)，無需分水器可實現(xiàn)自動分水的目的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，實現(xiàn)容易，提高冷卻介質(zhì)的循環(huán)效率；進(jìn)、出水口與磁場相對位置可根據(jù)磁床旋轉(zhuǎn)速度自由調(diào)節(jié)，滿足冷卻介質(zhì)與磁工質(zhì)熱交換的時間需求，磁工質(zhì)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)并與冷卻介質(zhì)連續(xù)換熱提升了系統(tǒng)工作效率。


圖I為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的水路主體結(jié)構(gòu)局部剖面示意 圖3為本發(fā)明水路主體結(jié)構(gòu)上視 圖4為本發(fā)明水路主體結(jié)構(gòu)A-A剖視 圖5為圖4中D區(qū)的放大 圖6為磁床的俯視 圖7為迷宮式密封滑槽的矩形幾何形狀示意 圖8為迷宮式密封滑槽的半圓形幾何形狀示意 圖9為為迷宮式密封滑槽的梯形幾何形狀示意 圖10為柵格內(nèi)部磁工質(zhì)縱向排列結(jié)構(gòu)；
圖11為柵格內(nèi)部磁工質(zhì)井狀排列結(jié)構(gòu)；
圖12為柵格內(nèi)部磁工質(zhì)顆粒結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記說明如下
I-水泵二，2-磁床，3-柵格，4-滑軌一，5-滑軌二，6-滑槽一，7-滑槽二，8-磁工質(zhì)，9-導(dǎo)流槽一，10-導(dǎo)流槽二，11-導(dǎo)流槽三，12-導(dǎo)流槽四，13-進(jìn)水口一，14-進(jìn)水口二，15-出水口一，16-出水口二，17-恒溫水槽，18-負(fù)載，19-水泵一。
具體實施例方式參見圖I和圖2 :—種用于磁床的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，包括位于周期磁場內(nèi)部的磁床2，所述的磁床2內(nèi)設(shè)置有柵格3，并端部有供磁床2運(yùn)動的滑軌一 4和滑軌二5，所述的磁床2為雙層圓管狀結(jié)構(gòu)的空心圓柱殼體，其層內(nèi)并安裝有放射狀柵格3，雙層結(jié)構(gòu)內(nèi)部軸向貫通，磁床2兩端設(shè)置有與滑軌一 4和滑軌二 5相配合的滑槽一 6和滑槽二 7，所述的滑槽一 6和滑槽二 7為三層密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外側(cè)為多層迷宮式結(jié)構(gòu)，中間為平滑表面，柵格3內(nèi)安裝有磁工質(zhì)8，磁工質(zhì)8可根據(jù)需要有多種安裝方式，所述的滑槽一 6在垂直于滑動平面方向上設(shè)置有導(dǎo)流槽一 9和導(dǎo)流槽二 10并與進(jìn)水口一 13和進(jìn)水口二 14連通，所述的滑槽二 7在垂直于滑動平面方向上開有導(dǎo)流槽三11和導(dǎo)流槽四12并與出水口一 15和出水口二 16連通，所述的磁工質(zhì)8、滑槽一 6、導(dǎo)流槽一 9、進(jìn)水口一 13、恒溫水槽17與滑槽二 7、導(dǎo)流槽三11、出水口一 15依次連接構(gòu)成動態(tài)閉合循環(huán)回路一，該回路負(fù)責(zé)給磁工質(zhì)8降溫并保證磁工質(zhì)8的溫度處于最佳工作溫度區(qū)間，所述的磁工質(zhì)8、滑槽一 6、導(dǎo)流槽二10、進(jìn)水口二 14、負(fù)載18與滑槽二 7、導(dǎo)流槽四12、出水口二 16依次連接構(gòu)成閉合循環(huán)回路二，該回路負(fù)責(zé)給負(fù)載降溫，完成與外界的熱交換。
本發(fā)明包括用于放置磁工質(zhì)8的磁床2，磁床為雙層結(jié)構(gòu)，位于周期磁場內(nèi)，材料可以采用塑料、陶瓷等多種材料構(gòu)成，層間由柵格結(jié)構(gòu)相互固定，并在軸向上完全貫通，該柵格3滿足在放置磁工質(zhì)8后，冷卻介質(zhì)仍可自由上下流通；在磁床2兩端設(shè)計有迷宮式動密封結(jié)構(gòu)以防止冷卻介質(zhì)的泄漏；迷宮式密封可采用多種形狀，例如矩形、半圓形、梯形等(參見圖7、圖8和圖9)，該結(jié)構(gòu)包括磁床兩端的滑動結(jié)構(gòu)(滑軌一和滑軌二)固定在滑槽一和滑槽二內(nèi)；磁床2兩端與滑槽一和滑槽二中心為滑動密封結(jié)構(gòu)；滑槽一和滑槽二上開有導(dǎo)流槽可與部分磁工質(zhì)構(gòu)成動態(tài)通路系統(tǒng)；導(dǎo)流槽位置取決于外部磁場的位置以及磁床2與磁體之間相對旋轉(zhuǎn)速度，磁床2在外力驅(qū)動下在滑槽一和滑槽二內(nèi)旋轉(zhuǎn)，冷卻介質(zhì)從導(dǎo)流槽進(jìn)入到柵格內(nèi)部的磁工質(zhì)中間，隨著磁工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)從柵格下方滑槽的導(dǎo)流槽流出，從而與外部水路構(gòu)成動態(tài)循環(huán)，該循環(huán)可以從周期磁場的弱磁場區(qū)開始到強(qiáng)磁場區(qū)結(jié)束，為循環(huán)回路一，恒溫循環(huán)回路，也可以從強(qiáng)磁場區(qū)開始弱磁場區(qū)結(jié)束，為循環(huán)回路二，制冷循環(huán)回路，可根據(jù)周期磁場的磁場分布設(shè)置相應(yīng)的循環(huán)數(shù)。本發(fā)明設(shè)計了可用于放置磁工質(zhì)的雙層?xùn)鸥窨臻g，磁工質(zhì)可平行柵格放置，或迷宮式由固定件固定于柵格內(nèi)部，或為松散顆粒狀(參見圖10、圖11和圖12)，要求放置磁工質(zhì)以后，冷卻介質(zhì)可上下自由流經(jīng)磁工質(zhì)，從而完成磁工質(zhì)與冷卻介質(zhì)之間的熱交換。在柵格兩端設(shè)計了可供進(jìn)出水的進(jìn)出水口，該進(jìn)出水口與外循環(huán)回路連接，完成對外界的吸放熱過程。以下結(jié)合磁制冷機(jī)工作過程和圖I具體說明本發(fā)明磁床的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置功能，磁床旋轉(zhuǎn)帶動?xùn)鸥窦按殴べ|(zhì)在周期磁場中作圓周運(yùn)動。當(dāng)磁工質(zhì)旋轉(zhuǎn)到強(qiáng)磁場區(qū)域時,磁工質(zhì)被磁化,放出熱量導(dǎo)致磁工質(zhì)溫度升高,在退出高磁場區(qū)之前,通過循環(huán)回路一中的冷卻介質(zhì)排放帶走增加的熱量，該過程控制磁工質(zhì)的溫度始終位于最佳工作溫度區(qū)間，工作效率由磁工質(zhì)轉(zhuǎn)速和高磁場區(qū)域面積共同決定，在回路一中的冷卻介質(zhì)從磁工質(zhì)中排出后、磁工質(zhì)離開高磁場區(qū)域前，迅速通過循環(huán)回路二注入冷卻介質(zhì)為制冷循環(huán)做準(zhǔn)備，磁工質(zhì)退出高磁場后，隨即旋轉(zhuǎn)到低磁場區(qū)域，在退磁過程中磁工質(zhì)吸收熱量導(dǎo)致溫度降低，預(yù)先注入的冷卻介質(zhì)與磁工質(zhì)進(jìn)行二次熱交換，冷卻介質(zhì)溫度降低，通過循環(huán)回路二與負(fù)載連通幫助負(fù)載降溫冷卻，該過程效率由磁工質(zhì)轉(zhuǎn)速和低磁場區(qū)域面積決定。磁工質(zhì)如此反復(fù)進(jìn)出高低磁場，不斷進(jìn)行熱交換，達(dá)到給負(fù)載連續(xù) 降溫的效果。
權(quán)利要求
1.一種用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于包括位于周期磁場內(nèi)的磁床(2)，所述的磁床(2)內(nèi)設(shè)置有柵格(3)，磁床(2)的兩端設(shè)置有滑軌一(4)和滑軌二(5)，以及與滑軌一(4)和滑軌二(5)相配合的滑槽一(6)和滑槽二(7)，柵格(3)內(nèi)設(shè)置有磁工質(zhì)(8 )，所述的滑槽一(6 )、磁工質(zhì)(8 )、恒溫水槽(17)與滑槽二( 7 )依次連接構(gòu)成閉合循環(huán)回路一，滑槽一(6)、磁工質(zhì)(8)、負(fù)載(18)與滑槽二(7)依次連接構(gòu)成閉合循環(huán)回路二。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的滑槽一(6)和滑槽二(7)為三層密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外側(cè)為迷宮式結(jié)構(gòu)，中間為平滑表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的磁床(2)為多層圓管狀結(jié)構(gòu)并在層間徑向固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的磁工質(zhì)(8)在沿冷卻介質(zhì)流通方向貫通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的磁床(2)為空心圓柱殼體，空心圓柱殼體的兩端設(shè)置有滑槽一(6)和滑槽二(7)，滑槽一(6)上設(shè)置有與柵格(3)連通的導(dǎo)流槽一(9)和導(dǎo)流槽二(10)，滑槽二(7)上設(shè)置有與柵格(3)連通的導(dǎo)流槽三(11)和導(dǎo)流槽四(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的滑槽一(6)上還設(shè)置有進(jìn)水口一(13)和進(jìn)水口二(14)，滑槽二(7)上設(shè)置有出水口三(15)和出水口四(16)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的負(fù)載(18)為制冷機(jī)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的磁床(2)包括用于驅(qū)動磁床旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的運(yùn)動部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的滑槽一(6)和滑槽二(7)包括用于固定的安裝部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置，其特征在于所述的用于連通磁床(2)的進(jìn)水口一(13)、進(jìn)水口二(14)、出水口一(15)和出水口二(16)，用于驅(qū)動冷卻介質(zhì)流動的水泵一(19)和水泵二(1)，用于與外部熱交換的負(fù)載(18)，用于保持磁工質(zhì)(8)始終處于工作溫度的恒溫水槽(17)之間的管路系統(tǒng)構(gòu)成水路循環(huán)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于磁制冷機(jī)的動密封動態(tài)閉環(huán)水路循環(huán)裝置。其包括用于制冷機(jī)制冷劑密封的動密封滑槽，分為內(nèi)外兩側(cè)多層迷宮式旋轉(zhuǎn)動密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)外側(cè)之間為動態(tài)的滑密封，并附有進(jìn)出水口構(gòu)成動態(tài)循環(huán)水路的一部分；還包括用于放置磁工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)柵格，該柵格與密封滑槽構(gòu)成滑密封部分并與進(jìn)出水口共同構(gòu)成循環(huán)水路。該發(fā)明可作為旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)的水冷機(jī)構(gòu)，完成磁制冷過程中的熱交換。
文檔編號F25B21/00GK102809241SQ201210271869
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者夏明許, 劉劍 申請人:西安市嘉聞材料技術(shù)有限公司