CN101458008A - 一种磁制冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁制冷循环系统，包括磁体、磁制冷材料填料床、冷却介质循环泵、冷媒介质循环泵、冷量换热器、散热冷却器、电磁阀和连接管道；磁体固定设置；磁制冷材料填料床与传动机构连接并在磁体构成的空间内作往复运动；磁制冷材料填料床通过连接管道并联后与电磁阀连接；冷却介质循环泵通过散热冷却器分别与电磁阀连接；冷媒介质循环泵通过冷量换热器分别与电磁阀连接。本发明系统高效节能、对环境无破坏；它无需压缩机、系统运动部件少且转速缓慢，可大幅降低系统振动与噪声，系统稳定可靠、使用寿命长。

Description

一种磁制冷循环系统
技术领域
本发明涉及一种磁制冷技术，具体地说是一种磁制冷循环系统。
背景技术
随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，制冷技术已广泛应用工业、农业、国防及人们日常生活等领域，人们的生产和生活已与制冷技术息息相关。而现在的制冷大多采用蒸汽压缩制冷技术，存在制冷效率低和氟利昂制冷剂易破坏大气臭氧层等缺点。
磁制冷是利用磁热效应制取冷量的，磁热效应是指磁制冷材料在等温磁化时向外界放出热量，而在绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量而制取冷量。磁制冷技术是采用磁制冷材料的励磁和去磁过程来获得冷量的，而传统的蒸汽压缩制冷技术是采用制冷剂的压缩和膨胀过程来获得冷量的。磁制冷材料采用的是固态磁性材料，排除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等有损环境的缺陷。磁制冷的效率可达到逆卡诺循环的30％—60％，而气体压缩制冷一般仅为5％—10％，磁制冷的效率一般要比蒸气压缩式制冷高20％—30％，因而具有高效节能的特点。由于磁制冷材料是固体，其熵密度要远高于制冷剂气体的熵密度，因而磁制冷系统易于做到小型化。由于磁制冷无需压缩机，运动部件少且转速缓慢，可大幅降低系统振动与噪声，因而系统稳定可靠、使用寿命长。
磁制冷是一种新型绿色环保制冷技术，国内外都加大对其研发的投入，目前室温磁制冷技术仍处于实验研究阶段，还有一些实际问题需要解决，但可以预见室温磁制冷技术将具有广阔的应用前景。
发明内容
为了克服现有制冷技术的不足，本发明的目的在于提供一种室温磁制冷循环系统。该系统高效节能、对环境无破坏；它无需压缩机、系统运动部件少且转速缓慢，可大幅降低系统振动与噪声，系统稳定可靠、使用寿命长。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种磁制冷循环系统，其特征在于：它包括第一磁体、第二磁体、第一磁制冷材料填料床、第二磁制冷材料填料床、冷却介质循环泵、冷媒介质循环泵、冷量换热器、散热冷却器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀和连接管道；
第一磁体和第二磁体均固定设置；第一磁制冷材料填料床与传动机构连接并在第一磁体构成的空间内作往复运动；第二磁制冷材料填料床与传动机构连接并在第二磁体构成的空间内作往复运动；第一磁制冷材料填料床通过连接管道并联后，一端分别与第一电磁阀、第二电磁阀连接，另一端分别与第五电磁阀、第八电磁阀连接；
冷却介质循环泵的一端通过散热冷却器分别与第七电磁阀、第八电磁阀连接，另一端分别与第三电磁阀、第四电磁阀连接；
冷媒介质循环泵的一端通过冷量换热器分别与第一电磁阀、第二电磁阀连接，另一端分别与第五电磁阀、第六电磁阀连接；
第二磁制冷材料填料床通过连接管道并联后，一端分别与第一电磁阀、第四电磁阀连接，另一端分别与第六电磁阀、第七电磁阀连接。
本发明中，所述的第一磁体和第二磁体均采用永磁体、铁氧体或电磁体。
所述的磁制冷材料采用金属轧或其它复合磁制冷材料。
所述的第一磁制冷材料填料床和第二磁制冷材料填料床采用圆柱形或矩形结构。第一磁制冷材料填料床和第二磁制冷材料填料床采用保温隔热结构。第一磁制冷材料填料床和第二磁制冷材料填料床的机械驱动机构采用电机或步进电机驱动。
所述的冷却介质采用水或其它无腐蚀的流体介质。
所述的冷媒介质采用水或其它无腐蚀的流体介质。
所述的冷量换热器采用风冷翅片管式、水冷壳管式、套管式或板式。
所述的散热冷却器采用风冷翅片管式、水冷壳管式、套管式或板式。
本发明在室温磁制冷循环系统中，磁制冷材料被封装在填料床内，根据所需制冷量的大小，磁制冷材料填料床并联连接后组成一组。每个磁制冷材料填料床可以由若干单元组成，同样与每个磁制冷材料填料床相适配的每个磁体也由若干单元组成。为了解决室温磁制冷循环系统连续供冷问题，采用两组磁制冷材料填料床交替工作，当一组磁制冷材料进入磁场进行励磁过程时，另一组磁制冷材料则离开磁场进行去磁过程。磁制冷材料填料床具有多孔结构，传热流体能够通过并能与磁制冷材料进行热交换。
与现有技术相比，本发明其显著优点是：
(1)该系统的制冷效率一般要比蒸气压缩式制冷系统高20％—30％，因而具有高效节能的优点。
(2)该系统制冷工质采用固态磁性材料，具有安全、无毒、对大气环境无破坏的优点。
(3)由于该系统的磁制冷材料是固体，其熵密度远高于制冷剂气体的熵密度，因而系统易于小型化，且系统无需承受制冷工质的压力。
(4)由于该系统无需压缩机，运动部件少且转速缓慢，可大幅降低系统的振动与噪声，因而该系统具有稳定可靠、使用寿命长的特点。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
附图中标记说明如下：
11-第一磁体                 12-第二磁体
21-第一磁制冷材料填料床     22-第二磁制冷材料填料床
3-冷却介质循环泵            4-冷媒介质循环泵
5-冷量换热器                6-散热冷却器
71-第一电磁阀               72-第二电磁阀
73-第三电磁阀               74-第四电磁阀
75-第五电磁阀               76-第六电磁阀
77-第七电磁阀               78-第八电磁阀
8-连接管道
具体实施方式
图1为本发明结构示意图。图中省略了电子控制部分。
磁体均固定不动，磁制冷材料填料床由机械传动机构驱动在磁体的空间内作往复运动。第一磁制冷材料填料床21通过连接管道8并联后，一端分别与第二电磁阀72、第三电磁阀73连接，另一端分别与第五电磁阀71、第八电磁阀78连接。冷却介质循环泵3的一端与散热冷却器6连接、另一端分别与第三电磁阀73、第四电磁阀74连接。冷媒介质循环泵4的一端与冷量换热器5连接、另一端分别与第五电磁阀75、第六电磁阀76连接。冷量换热器5的一端与冷媒介质循环泵4连接、另一端分别与第一电磁阀71、第二电磁阀72连接。散热冷却器6的一端与冷却介质循环泵3连接、另一端分别与第七电磁阀77、第八电磁阀78连接；第二磁制冷材料填料床22通过连接管道8并联后，一端分别与第一电磁阀71、第四电磁阀74连接，另一端分别与第六电磁阀76、第七电磁阀77连接。
本发明的工作原理叙述如下：
本发明所述的室温磁制冷循环系统由两组磁体和磁制冷材料填料床组成，而且每组根据所需要的冷量大小由若干个磁体和磁制冷材料填料床并联而成。当一组磁制冷材料进入磁场进行励磁过程时，另一组磁制冷材料则离开磁场进行去磁过程。当一组磁制冷材料处在散热冷却过程时，另一组磁制冷材料则处在吸热制冷过程。两组交替进行工作，使得冷量换热器5处在连续制冷降温过程、散热冷却器6处在不断散热过程，冷却介质循环泵3和冷媒介质循环泵4也处在连续工作中，只有电磁阀71、72、73、74、75、76、77、78根据需要由控制系统自动控制其开启和关闭。
本发明所述的室温磁制冷循环系统由以下四个工作过程组成：
(1)磁制冷材料励磁过程：磁制冷材料填料床由机械传动机构驱动进入磁场，此时电磁阀71、72、73、74、75、76、77、78关闭，如图中的第一磁制冷材料填料床21则处在磁场的励磁过程。
(2)磁制冷材料放热过程：当第一磁制冷材料填料床21进入磁场后，电磁阀73、78开启，电磁阀74、75关闭，冷却介质由循环泵3驱动经电磁阀73进入磁制冷材料填料床内、吸收磁制冷材料的热量，使磁制冷材料的温度降低，而冷却介质因吸热升温后经电磁阀78流入散热冷却器6，并将冷却介质热量散入周围环境中。
(3)磁制冷材料去磁过程：磁制冷材料填料床由机械传动机构驱动退出磁场，此时电磁阀71、72、73、74、75、76、77、78关闭，如图中的第二磁制冷材料填料床22则处在磁场的去磁过程。
(4)磁制冷材料吸热过程：当第二磁制冷材料填料床22退出磁场后，电磁阀71、76开启，电磁阀72、77关闭，冷媒介质由循环泵4驱动经电磁阀76进入磁制冷材料填料床内、磁制冷材料吸收冷媒介质的热量，使冷媒介质的温度降低，降温后的冷媒介质经电磁阀71流入冷量换热器5，并将冷量传入被冷却空间。
本发明高效节能、对环境无破坏；它无需压缩机、系统运动部件少且转速缓慢，可大幅降低系统振动与噪声，系统稳定可靠、使用寿命长。

Claims (10)

1、一种磁制冷循环系统，其特征在于：它包括第一磁体(11)、第二磁体(12)、第一磁制冷材料填料床(21)、第二磁制冷材料填料床(22)、冷却介质循环泵(3)、冷媒介质循环泵(4)、冷量换热器(5)、散热冷却器(6)、第一电磁阀(71)、第二电磁阀(72)、第三电磁阀(73)、第四电磁阀(74)、第五电磁阀(75)、第六电磁阀(76)、第七电磁阀(77)、第八电磁阀(78)和连接管道(8)；
第一磁体(11)和第二磁体(12)均固定设置；第一磁制冷材料填料床(21)与传动机构连接并在第一磁体(11)构成的空间内作往复运动；第二磁制冷材料填料床(22)与传动机构连接并在第二磁体(12)构成的空间内作往复运动；第一磁制冷材料填料床(21)通过连接管道(8)并联后，一端分别与第一电磁阀(71)、第二电磁阀(72)连接，另一端分别与第五电磁阀(75)、第八电磁阀(78)连接；
冷却介质循环泵(3)的一端通过散热冷却器(6)分别与第七电磁阀(77)、第八电磁阀(78)连接，另一端分别与第三电磁阀(73)、第四电磁阀(74)连接；
冷媒介质循环泵(4)的一端通过冷量换热器(5)分别与第一电磁阀(71)、第二电磁阀(72)连接，另一端分别与第五电磁阀(75)、第六电磁阀(76)连接；
第二磁制冷材料填料床(22)通过连接管道(8)并联后，一端分别与第一电磁阀(71)、第四电磁阀(74)连接，另一端分别与第六电磁阀(76)、第七电磁阀(77)连接。
2、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述第一磁体(11)和第二磁体(12)采用永磁体或铁氧体或电磁体。
3、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述第一磁制冷材料填料床(21)和第二磁制冷材料填料床(22)采用圆柱形或矩形结构。
4、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述第一磁制冷材料填料床(21)和第二磁制冷材料填料床(22)采用保温隔热结构。
5、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述第一磁制冷材料填料床(21)和第二磁制冷材料填料床(22)中的磁制冷材料采用金属轧或复合磁制冷材料。
6、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述第一磁制冷材料填料床(21)和第二磁制冷材料填料床(22)的机械驱动机构采用电机或步进电机驱动。
7、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述冷却介质采用水或无腐蚀性的流体。
8、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述冷媒介质采用水或无腐蚀性的流体。
9、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述冷量换热器(5)采用风冷翅片管式、水冷壳管式、套管式或板式。
10、根据权利要求1所述的一种磁制冷循环系统，其特征在于：所述散热冷却器(6)采用风冷翅片管式、水冷壳管式、套管式或板式。
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