一種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞鞯闹圃旆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明專利公開(kāi)了一種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，包括絕熱殼體以及設(shè)置在絕熱殼體內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層，所述磁熱性工質(zhì)床層內(nèi)沿長(zhǎng)度方向呈直線均勻設(shè)置有相互平行的、用于流經(jīng)換熱流體的細(xì)微通道，所述換熱流體為R410a、R134a、R407c或R290等加壓后沸騰溫度在20℃~30℃的低沸點(diǎn)流體。本發(fā)明專利的效果和優(yōu)勢(shì)在于最大限度提高活性蓄冷器的換熱效能，有效利用沸騰傳熱特性，大幅度提高換熱流體與磁熱性工質(zhì)之間的對(duì)流換熱系數(shù)。從而達(dá)到減少冷/熱流動(dòng)時(shí)間，提高室溫磁制冷機(jī)運(yùn)行頻率。另外，引入有機(jī)低沸點(diǎn)工質(zhì)，有效解決活潑的稀有金屬在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的腐蝕問(wèn)題。因而使得室溫磁制冷機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，保持平穩(wěn)高效的運(yùn)行狀態(tài)。
【專利說(shuō)明】—種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?br> [0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明專利涉新型制冷技術(shù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于室溫磁制冷機(jī)中關(guān)鍵部件主動(dòng)式回?zé)醿?nèi)部強(qiáng)化換熱技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003]能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，隨著世界一次能源消費(fèi)量的不斷增加，降低能耗、利用自然能源已成為科學(xué)研究的重要方向。隨著人們生活水平的提高，制冷技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。磁制冷技術(shù)是以磁熱效應(yīng)(Magnetocaloric Effect, MCE)為基礎(chǔ)的一種新型的制冷技術(shù)。與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷相比，磁制冷憑借其環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)，被視為最有潛力替代傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的技術(shù)之一。從機(jī)械可靠性和緊湊性來(lái)說(shuō)，磁制冷采用永磁體提供磁場(chǎng)且運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低，機(jī)械震動(dòng)少、工作噪音小、機(jī)械可靠性高，壽命長(zhǎng)。并且由于磁熵密度比氣體大，所以制冷裝置的結(jié)構(gòu)能變得更加緊湊、安全。從能源利用率方面考慮，傳統(tǒng)蒸汽壓縮機(jī)的熱效率僅能達(dá)到卡諾循環(huán)的5%~?Ο%,而磁制冷循環(huán)卻能達(dá)到30%~60%,節(jié)能效果顯著。因此，磁制冷技術(shù)有相當(dāng)良好的應(yīng)用前景。各國(guó)的科研人員都對(duì)磁制冷技術(shù)開(kāi)展了廣泛的研究。當(dāng)然，一臺(tái)性能卓越的室溫磁制冷機(jī)主要由以下幾大部分組成:高磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)源，設(shè)計(jì)合理的主動(dòng)式回?zé)崞?，高效的換熱流體回路和高低溫?zé)嵩磽Q熱器。
[0004]而本發(fā)明專利旨在提高室溫磁制冷關(guān)鍵部件主動(dòng)式回?zé)崞鲹Q熱性能。由于現(xiàn)階段，以碎屑或者球狀磁熱性工質(zhì)為主要堆棧形式的主動(dòng)式回?zé)崞鳎艧嵝怨べ|(zhì)所形成的多空介質(zhì)骨架間的流動(dòng)通道容易出現(xiàn)流動(dòng)死區(qū)而且通道彎曲較大。當(dāng)換熱流體通過(guò)多孔介質(zhì)時(shí)，出現(xiàn)流動(dòng)阻力大，溫度分布不均勻等現(xiàn)象。極大削弱換熱流體與磁熱性工質(zhì)間的液固間傳熱效能。因而 ，室溫磁制冷機(jī)為了讓換熱流體充分帶出磁熱性工質(zhì)加磁/退磁時(shí)的熱量/冷量，一直處于較低頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，限制其單位之間內(nèi)制冷量的提高。另外，由于磁熱性工質(zhì)采用的稀土金屬性質(zhì)活潑，當(dāng)換熱流體采用去離子水或者水-乙醇混合物時(shí)，較為活潑的磁熱性工質(zhì)表面產(chǎn)生氧化層。影響其磁化和去磁過(guò)程的同時(shí)，在冷熱流動(dòng)過(guò)程中，增加磁熱性工質(zhì)與換熱流體間的熱阻，影響傳熱效能。隨著室溫磁制冷機(jī)使用時(shí)間的增加，上述氧化現(xiàn)象加劇，磁制冷機(jī)性能急劇下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述中存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)發(fā)明的目的在于提供一種主動(dòng)式回?zé)崞?，其適用于采用不同居里溫度的磁熱性工質(zhì)的室溫磁制冷機(jī)，克服現(xiàn)有技術(shù)層面上的缺點(diǎn)和不足:引入有機(jī)低沸點(diǎn)工質(zhì)作為換熱流體，旨在提高主動(dòng)式回?zé)崞鲀?nèi)部傳熱效能，減少磁制冷機(jī)中冷熱流動(dòng)的時(shí)間和降低換熱流體泵耗功，提高機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、提升單位時(shí)間的制冷量或者制熱量的同時(shí)減少換熱流體對(duì)磁熱性工質(zhì)腐蝕。
[0006]本專利通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn): 一種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，包括絕熱殼體以及設(shè)置在絕熱殼體內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層，所述磁熱性工質(zhì)床層內(nèi)沿長(zhǎng)度方向呈直線均勻設(shè)置有相互平行的、用于流經(jīng)換熱流體的細(xì)微通道，所述換熱流體為R410a、R134a、R407c或R290。也可以是其他加壓后沸騰溫度在20°C?30°C的低沸點(diǎn)流體。
[0007]本發(fā)明通過(guò)在磁熱性工質(zhì)床層設(shè)置直線貫通的細(xì)微通道及采用環(huán)保的低沸點(diǎn)換熱工質(zhì)，，降低流動(dòng)阻力，有效防止對(duì)磁熱性工質(zhì)的腐蝕氧化，增強(qiáng)換熱效能的同時(shí)縮短冷熱流動(dòng)的換熱時(shí)間，從而提聞機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。
[0008]進(jìn)一步地，所述絕熱殼體以及設(shè)置在絕熱殼體內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層的橫截面輪廓為矩形。
[0009]進(jìn)一步地，所述細(xì)微通道橫截面輪廓為矩形，水力直徑為0.lmnT3mm。
[0010]進(jìn)一步地，所述細(xì)微通道之間的間距為0.lmnT3mm。
[0011]進(jìn)一步地，所述絕熱殼體以及設(shè)置在絕熱殼體內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層的橫截面輪廓為圓形。
[0012]進(jìn)一步地，所述細(xì)微通道橫截面輪廓為圓形，水力直徑為0.lmnT3mm。
[0013]進(jìn)一步地，所述絕熱殼體的兩端設(shè)置有橫截面輪廓呈矩形的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板上均勻設(shè)置有與細(xì)微通道一一對(duì)應(yīng)且形狀相同的矩形孔，使得換熱流體能均勻流過(guò)各細(xì)微通道，提高換熱效率。
[0014]進(jìn)一步地，所述絕熱殼體的兩端設(shè)置有橫截面輪廓呈圓形的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板上均勻設(shè)置有與細(xì)微通道一一對(duì)應(yīng)且形狀相同的圓形孔，使得換熱流體能均勻流過(guò)各細(xì)微通道，提高換熱效率。
[0015]當(dāng)主動(dòng)式回?zé)崞鬟M(jìn)入磁場(chǎng)后，回?zé)崞鲀?nèi)部磁熱性工質(zhì)瞬間被磁化后溫度上升。低沸點(diǎn)換熱流體以飽和液態(tài)的狀態(tài)進(jìn)入高溫回?zé)崞?。低溫飽和的換熱流體吸收磁熱性工質(zhì)的熱量后，蒸發(fā)進(jìn)入氣液兩相態(tài)直至飽和氣態(tài)。由于本發(fā)明提供的主動(dòng)式回?zé)崞鞑辉俨捎枚褩Ｐ问叫纬啥嗫捉橘|(zhì)結(jié)構(gòu)，而是采用矩形或者圓形的微通道結(jié)構(gòu)。并且磁熱性工質(zhì)與換熱流體間采用強(qiáng)制對(duì)流沸騰換熱，換熱效能得到大幅度提高的同時(shí)，流動(dòng)阻力進(jìn)一步減少。
[0016]當(dāng)主動(dòng)式回?zé)崞麟x開(kāi)磁場(chǎng)后，回?zé)崞鲀?nèi)部磁熱性工質(zhì)瞬間退磁，溫度下降。處于飽和氣態(tài)或者氣液兩相態(tài)的低沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)入低溫主動(dòng)式回?zé)崞?，冷凝換熱將由于磁熱性工質(zhì)在去磁過(guò)程而產(chǎn)生的冷量帶到冷端換熱器對(duì)目標(biāo)空間進(jìn)行冷卻。
[0017]本發(fā)明的效果和益處是:通過(guò)新型的主動(dòng)式回?zé)崞鹘Y(jié)合低沸點(diǎn)有機(jī)換熱流體，在原有多孔介質(zhì)堆積的主動(dòng)式回?zé)崞鞔矊踊A(chǔ)上，降低流動(dòng)阻力，有效防止對(duì)磁熱性工質(zhì)的腐蝕氧化，增強(qiáng)換熱效能的同時(shí)縮短冷熱流動(dòng)的換熱時(shí)間，從而提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。最終達(dá)到提高單位時(shí)間內(nèi)制冷量/制熱量的同時(shí)，提高性能系統(tǒng)長(zhǎng)效運(yùn)行性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的立體機(jī)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖2本發(fā)明實(shí)施例一的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的立體機(jī)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖4本發(fā)明實(shí)施例二的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中所示為:1-導(dǎo)流板；2_絕熱外殼；3_微細(xì)通道；4_磁熱性工質(zhì)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例一
如圖1及圖2所示，一種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，包括絕熱殼體2以及設(shè)置在絕熱殼體2內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層，所述磁熱性工質(zhì)床層內(nèi)沿長(zhǎng)度方向呈直線均勻設(shè)置有相互平行的、用于流經(jīng)換熱流體的細(xì)微通道3，所述換熱流體為R410a、R134a、R407c或R290。
[0025]其中，具體地，所述絕熱殼體2以及設(shè)置在絕熱殼體2內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層的橫截面輪廓為矩形；所述細(xì)微通道3橫截面輪廓為矩形，水力直徑為0.lmnT3mm，所述細(xì)微通道3之間的間距為0.[0026]同時(shí)，為了使得換熱流體能均勻流過(guò)各細(xì)微通道3，提高換熱效率，所述絕熱殼體2的兩端設(shè)置有橫截面輪廓呈矩形的導(dǎo)流板1，所述導(dǎo)流板I上均勻設(shè)置有與細(xì)微通道3一一對(duì)應(yīng)且形狀相同的矩形孔，換熱流體在流經(jīng)導(dǎo)流板I的矩形孔后，流量均勻地流入各細(xì)微通道3，以提高換熱效率。
[0027]實(shí)施例二
如圖3和圖4所示，一種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，包括絕熱殼體2以及設(shè)置在絕熱殼體2內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層，
所述磁熱性工質(zhì)床層內(nèi)沿長(zhǎng)度方向呈直線均勻設(shè)置有相互平行的、用于流經(jīng)換熱流體的細(xì)微通道3，所述換熱流體為R410a、R134a、R407c或R290。
[0028]其中，具體地，所述絕熱殼體2以及設(shè)置在絕熱殼體2內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層的橫截面輪廓為圓形；所述細(xì)微通道3橫截面輪廓為圓形,水力直徑為0.lmnT3mm。
[0029]同時(shí)，為了使得換熱流體能均勻流過(guò)各細(xì)微通道3，提高換熱效率，所述絕熱殼體2的兩端設(shè)置有橫截面輪廓呈圓形的導(dǎo)流板1，所述導(dǎo)流板I上均勻設(shè)置有與細(xì)微通道3一一對(duì)應(yīng)且形狀相同的圓形孔，換熱流體在流經(jīng)導(dǎo)流板I的圓形孔后，流量均勻地流入各細(xì)微通道3，以提高換熱效率。
[0030]主動(dòng)式回?zé)崞鬟M(jìn)入磁場(chǎng)后，在磁熱效應(yīng)作用下磁熱性工質(zhì)4的溫度瞬間上升，上升幅度由磁場(chǎng)強(qiáng)度大小以及磁熱性工質(zhì)種類決定。低蒸發(fā)點(diǎn)換熱流體以飽和液體形式經(jīng)過(guò)導(dǎo)流板I流入磁熱性工質(zhì)間所形成的微細(xì)通道3。由于磁熱性工質(zhì)溫度高于換熱流體沸點(diǎn)，在微細(xì)通道3內(nèi)部的換熱流體與磁熱性工質(zhì)4進(jìn)行熱交換，換熱流體吸收磁熱性工質(zhì)4的熱量后沸騰蒸發(fā)，快速帶出磁熱性工質(zhì)內(nèi)部由于磁化過(guò)程中所形成的熱量后，離開(kāi)主動(dòng)式回?zé)崞鬟M(jìn)入熱端換熱器與熱端進(jìn)行換熱。冷凝后的低沸點(diǎn)換熱流體進(jìn)入退磁后降溫的低溫主動(dòng)式回?zé)崞?。帶出由于去磁過(guò)程中所產(chǎn)生的冷量到冷端換熱器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)空間的制冷。由于蒸發(fā)換熱增強(qiáng)換熱流體以及磁熱性工質(zhì)之間的換熱系數(shù)，縮短換熱時(shí)間，從而達(dá)到提高室溫磁制冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率和單位時(shí)間內(nèi)制冷量的效果。
[0031]本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，包括絕熱殼體(2)以及設(shè)置在絕熱殼體(2)內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層，其特征在于: 所述磁熱性工質(zhì)床層內(nèi)沿長(zhǎng)度方向呈直線均勻設(shè)置有相互平行的、用于流經(jīng)換熱流體的細(xì)微通道(3)，所述換熱流體為R410a、R134a、R407c或R290。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述絕熱殼體(2)以及設(shè)置在絕熱殼體(2)內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層的橫截面輪廓為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述細(xì)微通道(3)橫截面輪廓為矩形，水力直徑為0.lmnT3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述細(xì)微通道(3)之間的間距為0.1mm~3mm
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述絕熱殼體(2)以及設(shè)置在絕熱殼體(2)內(nèi)的磁熱性工質(zhì)床層的橫截面輪廓為圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述細(xì)微通道(3)橫截面輪廓為圓形,水力直徑為0.lmm~3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述絕熱殼體(2 )的兩端設(shè)置有橫截面輪廓呈矩形的導(dǎo)流板(1)，所述導(dǎo)流板(1)上均勻設(shè)置有與細(xì)微通道(3) —一對(duì)應(yīng)且形狀相同的矩形孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于室溫磁制冷機(jī)的主動(dòng)式回?zé)崞?，其特征在?所述絕熱殼體(2)的兩端設(shè)置有橫截面輪廓呈圓形的導(dǎo)流板(1 )，所述導(dǎo)流板(1)上均勻設(shè)置有與細(xì)微通道(3 ) —一對(duì)應(yīng)且形狀相同的圓形孔。
【文檔編號(hào)】F25B40/06GK103822412SQ201410071003
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】巫江虹, 劉超鵬, 黃一鶴 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)