CN102261763A - 磁液体磁制冷的冷反馈系统 - Google Patents

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张雪峰
徐来自
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马强
刘艳丽
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Abstract

本发明涉及一种磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，属于磁制冷领域。磁液体闭合循环管路穿过主动式制冷床及被动式制冷床形成回路，热交换液闭合循环管路穿过主动式制冷床及被动式制冷床形成回路，主动式制冷床及被动式制冷床内分别设有储冷液，置于主动式制冷床及被动式制冷床内的磁液体闭合循环管路与热交换液闭合循环管路都为“S”形螺旋管路。本发明其中一个闭合循环回路充有作为磁制冷工质的磁液体，另一个闭合循环回路充有热交换液；增加了一个制冷床，提高了热交换效率。其优点是节能、环保，结构简单，制冷效率高，适用于各种制冷设备。

Description

磁液体磁制冷的冷反馈系统
技术领域：
本发明涉及一种磁液体磁制冷的冷反馈系统，属于磁制冷领域。
背景技术：
目前，制冷技术主要有氟里昂制冷、半导体制冷和磁制冷三种。氟里昂制冷应用较广，但它存在着对大气的破坏、污染和能耗较高的缺陷；半导体制冷技术也比较成熟，但由于其制冷效率较低，只能用于一些规模较小的制冷场合；磁制冷技术是目前发展较快的一种制冷技术，主要有采用固体磁制冷材料的磁制冷技术和采用液体磁制冷材料的磁制冷技术。固体磁制冷材料在热交换时，不可能像液体或气体的热交换那样通过管道化来实现，而只能通过液体或气体来实现。这时，一方面要求热交换液与固体磁制冷材料之间有尽可能大的接触面积，另一方面要求热交换液尽可能流畅地通过固体磁制冷材料。这样一来，在制冷床中，要求把固体磁制冷材料做成小球状，或网状，或细管状，或带孔板状。这不但使制冷床的结构复杂化.而且热交换液通过制冷床时产生液压差而损耗能量。况且，为了使制冷床的运动与热交换液的流动同步，制冷机及其控制系统复杂化。用磁液体磁制冷材料代替固体磁制冷材料，可以实现热交换的管道化，从而解决以上困难。
磁制冷与氟里昂制冷比较，有显著区别。磁制冷材料在磁化或退磁过程的熵变为(ΔS)磁，温度为(ΔT)磁；氟里昂在膨胀或压缩过程的熵变为(ΔS)cFc，温变为(ΔT)cFc。磁制冷材料与氟里昂比较，有如下特点：
(ΔS)磁＞＞(ΔS)cFc
(ΔT)磁＜＜(ΔT)cFc
可见，在技术上如何拓展(ΔT)磁，是磁制冷技术的关键。对于采用固体磁制冷材料的磁制冷技术来说，采用主动式储冷技术(Actve Magnetic Regenerator)来拓展(ΔT)磁，见美国专利(4,332,135)、(4,408,463)、(4,459,811)、(5,249,424)、(5,743,095)、(5,934,078)等。
美国专利(51 231,834)公开了一种采用磁液体作为磁制冷材料的技术，但该专利技术没有对(ΔT)磁进行拓展，因此，制冷效率不够高。申请号为02143636.3专利发明磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，该专利的磁液体循环管路一端与制冷床热相连接，另一端穿过热交换室形成回路，热交换液循环管路一端与热交换室相连接，另一端穿过制冷床形成回路，所以磁液体磁制冷技术的冷反馈系统的热交换效率比较低；由于(ΔT)磁很低，对于磁制冷技术来说，提高热交换效率很重要，本发明本改进了申请号为02143636.3专利的磁液体磁制冷的冷反馈系统，增加了一个制冷床，而且在两个制冷床内置入不流动的储冷液，这样可以提高热交换效率。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种能够提高热交换效率的磁液体磁制冷的冷反馈系统。
本发明的目的是由以下方式实现的：
本发明包括磁液体闭合循环管路、热交换液闭合循环管路、磁系内的主动式制冷床、被动式制冷床，磁液体闭合循环管路穿过被动式制冷床及被动式制冷床形成回路，热交换液闭合循环管路穿过被动式制冷床及被动式制冷床形成回路，主动式制冷床及被动式制冷床内分别设有储冷液，置于主动式制冷床及被动式制冷床内的磁液体闭合循环管路为“S”形螺旋管路，置于主动式制冷床、被动式制冷床的热交换液闭合循环管路为“S”形螺旋管路。
所述磁液体闭合循环管路中的磁液体的磁颗粒材料为：Gd、Gd3Al2、(NdxCe1-x)2Fe17，其中x＝0.32-0.60，Gd4(Sb1-xBix)3，其中x＝0-0.75，Mn5Ge3-xSbx，其中x＝0-0.5或Gd5Si2Ge2磁性材料。
所述热交换液闭合循环管路中的热交换液为水、酒精或硅油，或水与酒精混合体。
所述储冷液为水、酒精或硅油，或水与酒精混合体。
所述磁液体闭合循环管路内的磁液体的流动方向与热交换液闭合循环管路内的热交换液的流动方向相反。
所述磁液体进口位于主动式制冷床的上方，磁液体出口位于主动式制冷床的下方，热交换液进口位于被动式制冷床的上方，交换液出口位于被动式制冷床下方，主动式制冷床内的储冷液与被动式制冷床内的储冷液的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。
本发明磁液体闭合循环管路穿过被动式制冷床及被动式制冷床后形成回路，热交换液闭合循环管路穿过被动式制冷床及被动式制冷床形成回路，并且置于主动式制冷床及被动式制冷床内的磁液体闭合循环管路以及置于主动式制冷床、被动式制冷床的热交换液闭合循环管路均为“S”形管路，主动式制冷床及被动式制冷床内分别设有储冷液，磁液体闭合循环管路内的磁液体的流动方向与热交换液闭合循环管路内的热交换液的流动方向相反；主动式制冷床的磁液体出口处在磁液体进口处的下方，被动式制冷床热的交换液出口处也在热交换液进口处的下方，这使主动式制冷床内的储冷液与被动式制冷床内的储冷液的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。由于储冷液静止不动，而且具有由上而下逐渐降低的温度梯度，使得储冷液与磁液体之间的热交换效率以及储冷液与热交换液之间的热交换效率都提高。磁液体进入主动式制冷床时被磁化而发热，磁液体由上而下流过主动式制冷床时被储冷液冷却，流出主动式制冷床时被退磁而进一步降温，降温后的磁液体进入被动式制冷床去冷却被动式制冷床内的储冷液，被动式制冷床内已被冷却的储冷液用来冷却由上而下流过被动式制冷床的热交换液，已被冷却的热交换液由下而上进入主动式制冷床时冷却主动式制冷床内的储冷液，如此循环使得磁液体、热交换液与储冷液都不断降低温度，达到拓展(ΔT)磁的目的。
本发明的优点是：
1、与氟里昂制冷技术相比，具有无污染、噪音小、能耗低的特点，属于环保技术；
2、与半导体制冷技术相比，具有制冷效率高，应用范围广的特点；
3、与固体磁制冷技术相比，具有循环系统简单的特点；
4、与已有磁液体制冷技术相比，由于本发明能够对(ΔT)磁进行拓展，所以制冷效率高，效果好。
5、申请号为02143636.3专利的磁液体磁制冷的冷反馈系统相比，具有热交换效率较高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的带有制冷室的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参照图1，本发明包括磁液体闭合循环管路1，磁液体闭合循坏管路1内的磁液体4，磁系9，置于磁系9内的主动式制冷床2，主动式制冷床2内的储冷液3，热交换液闭合循环管路5，热交换液闭合循环管路5内的热交换液8，被动式制冷床6，被动式制冷床6内的储冷液3，磁液体闭合循环管路1穿过主动式制冷床2及被动式制冷床6形成回路，热交换液闭合循环管路5穿过主动式制冷床2及被动式制冷床6形成回路，主动式制冷床2及被动式制冷床6内分别设有储冷液3，磁液体闭合循环管路1在被动式制冷床2出口处的循环泵10与散热器12，热交换液闭合循环管路5在主动式制冷床2出口处的循环泵11，磁液体闭合循环管路1处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路13，热交换液闭合循环管路5处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路7。磁液体闭合循环管路1内的磁液体4的流动方向与热交换液闭合循环管路5内的热交换液8的流动方向相反；主动式制冷床2的磁液体出口处在磁液体进口处的下方，被动式制冷床6的热交换液出口处也在热交换液进口处的下方，这使主动式制冷床2内的储冷液3与被动式制冷床6内的储冷液3的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。由于储冷液3静止不动，而且具有由上而下逐渐降低的温度梯度，使得储冷液3与磁液体4之间的热交换效率以及储冷液3与热交换液8之间的热交换效率都提高。磁液体4进入主动式制冷床2时被磁化而发热，磁液体4由上而下流过主动式制冷床2时被储冷液3冷却，流出主动式制冷床2时被退磁而进一步降温，降温后的磁液体4进入被动式制冷床6去冷却被动式制冷床6内的储冷液3，被动式制冷床6内已被冷却的储冷液3用来冷却由上而下流过被动式制冷床6的热交换液8，已被冷却的热交换液8由下而上进入主动式制冷床2时冷却主动式制冷床内2的储冷液3，如此循环使得磁液体4、热交换液8与储冷液3都不断降低温度，达到拓展(ΔT)磁的目的。磁液体4采用Gd4(Sb0.5Bi0.5)3合金磁颗粒与油酸液体制成，热交换液8采用硅油，储冷液3采用水与酒精的混合液。
实施例2
参照图2，本发明包括磁液体闭合循环管路1，磁液体闭合循环管路1内的磁液体4，磁系9，置于磁系9内的主动式制冷床2，主动式制冷床2内的储冷液3，热交换液闭合循环管路5，热交换液闭合循环管路5内的热交换液8，被动式制冷床6，被动式制冷床6内的储冷液3，磁液体闭合循环管路1在被动式制冷床6出口处的循环泵10与散热器12，热交换液闭合循环管路5在主动式制冷床2上出口处的循环泵11，磁液体闭合循环管路1处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路13，闭合循环管路5处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路7，磁液体闭合循环管路1在主动式制冷床2下出口处的制冷室14。磁液体闭合循环管路1内的磁液体4的流动方向与闭合循环管路5内的热交换液8的流动方向相反；主动式制冷床2的磁液体出口处在磁液体进口处的下方，被动式制冷床6热交换液出口处也在热交换液进口处的下方，这使主动式制冷床2内的储冷液3与被动式制冷床6内的储冷液3的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。由于储冷液3静止不动，而且具有由上而下逐渐降低的温度梯度，使得储冷液3与磁液体4之间的热交换效率以及储冷液3与热交换液8之间的热交换效率都提高。磁液体4进入主动式制冷床2时被磁化而发热，磁液体4由上而下流过主动式制冷床2时被储冷液3冷却，流出主动式制冷床2时被退磁而进一步降温，降温后的磁液体4进入制冷室14，冷却制冷室14内的空间，然后又进入被动式制冷床6去冷却被动式制冷床6内的储冷液3，被动式制冷床6内已被冷却的储冷液3用来冷却由上而下流过被动式制冷床6的热交换液8，已被冷却的热交换液8由下而上进入主动式制冷床2时冷却主动式制冷床2内的储冷液3，如此循环使得磁液体4、热交换液8与储冷液3都不断降低温度，达到拓展(ΔT)磁的目的。磁液体4采用Gd4(Sb0.5Bi0.5)3合金磁颗粒与油酸液体制成，热交换液8采用硅油，储冷液3采用水与酒精的混合液。
实施例3
参照图1，本发明包括磁液体闭合循环管路1，磁液体闭合循环管路1内的磁液体4，磁系9，置于磁系9内的主动式制冷床2，主动式制冷床2内的储冷液3，热交换液闭合循环管路5，热交换液闭合循环管路5内的热交换液8，被动式制冷床6，被动式制冷床6内的储冷液3，磁液体闭合循环管路1在被动式制冷床6出口处的循环泵10与散热器12，热交换液闭合循环管路5在主动式制冷床2上出口处的循环泵11，磁液体闭合循环管路1处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路13，热交换液闭合循环管路5处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路7。磁液体闭合循环管路1内的磁液体4的流动方向与热交换液闭合循环管路5内的热交换液8的流动方向相反；主动式制冷床2的磁液体出口处在磁液体进口处的下方，被动式制冷床6的热交换液出口处也在热交换液进口处的下方，这使主动式制冷床内2的储冷液3与被动式制冷床6内的储冷液3的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。由于储冷液3静止不动，而且具有由上而下逐渐降低的温度梯度，使得储冷液3与磁液体4之间的热交换效率以及储冷液3与热交换液8之间的热交换效率都提高。磁液体4进入主动式制冷床2时被磁化而发热，磁液体4由上而下流过主动式制冷床2时被储冷液3冷却，流出主动式制冷床2时被退磁而进一步降温，降温后的磁液体4进入被动式制冷床6去冷却被动式制冷床6内的储冷液3，被动式制冷床6内已被冷却的储冷液3用来冷却由上而下流过被动式制冷床6的热交换液8，已被冷却的热交换液8由下而上进入主动式制冷床2时冷却主动式制冷床2内的储冷液3，如此循环使得磁液体4、热交换液8与储冷液3都不断降低温度，达到拓展(ΔT)磁的目的。磁液体4采用(Nd0.4Ce0.6)2Fe17合金磁颗粒与油酸液体制成，热交换液8采用硅油，储冷液3采用水与酒精的混合液。
实施例4
参照图2，本发明包括磁液体闭合循环管路1，磁液体闭合循环管路1内的磁液体4，磁系9，置于磁系9内的主动式制冷床2，主动式制冷床2内的储冷液3，热交换液闭合循环管路5，热交换液闭合循环管路5内的热交换液8，被动式制冷床6，被动式制冷床6内的储冷液3，磁液体闭合循环管路1在被动式制冷床6出口处的循环泵10与散热器12，热交换液闭合循环管路5在主动式制冷床出口处的循环泵11，磁液体闭合循环管路1处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路13，热交换液闭合循环管路5处于主动式制冷床2内与被动式制冷床6内的热交换螺旋管路7，磁液体闭合循环管路1在主动式制冷床2磁液体出口处的制冷室14。磁液体闭合循环管路1内的磁液体4的流动方向与热交换液闭合循环管路5内的热交换液8的流动方向相反；主动式制冷床2的磁液体出口处在磁液体进口处的下方，被动式制冷床6的热交换液出口处也在热交换液进口处的下方，这使主动式制冷床2内的储冷液3与被动式制冷床6内的储冷液3的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。由于储冷液3静止不动，而且具有由上而下逐渐降低的温度梯度，使得储冷液3与磁液体4之间的热交换效率以及储冷液3与热交换液8之间的热交换效率都提高。磁液体4进入主动式制冷床2时被磁化而发热，磁液体4由上而下流过主动式制冷床2时被储冷液3冷却，流出主动式制冷床2时被退磁而进一步降温，降温后的磁液体4进入制冷室14，冷却制冷室14内的空间，然后又进入被动式制冷床6去冷却被动式制冷床6内的储冷液3，被动式制冷床6内已被冷却的储冷液3用来冷却由上而下流过被动式制冷床6的热交换液8，已被冷却的热交换液8由下而上进入主动式制冷床2时冷却主动式制冷床2内的储冷液3，如此循环使得磁液体4、热交换液8与储冷液3都不断降低温度，达到拓展(ΔT)磁的目的。磁液体4采用(Nd0.4Ce0.6)2Fe17合金磁颗粒与油酸液体制成，热交换液8采用硅油，储冷液3采用水与酒精的混合液。

Claims (6)

1.磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，包括磁液体闭合循环管路(1)、热交换液闭合循环管路(5)、磁系(9)、磁系(9)内的主动式制冷床(2)、被动式制冷床(6)，其特征是，磁液体闭合循环管路(1)穿过主动式制冷床(2)及被动式制冷床(6)形成回路，热交换液闭合循环管路(5)穿过主动式制冷床(2)及被动式制冷床(6)形成回路，主动式制冷床(2)及被动式制冷床(6)内分别设有储冷液(3)，置于主动式制冷床(2)及被动式制冷床(6)内的磁液体闭合循环管路(13)为“S”形螺旋管路，置于主动式制冷床(2)、被动式制冷床(6)内的热交换液闭合循环管路(7)为“S”形螺旋管路。
2.根据权利要求1所述的磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，其特征是：磁液体闭合循环管路(1)中的磁液体的磁颗粒材料为：Gd、Gd3Al2、(NdxCe1-x)2Fe17，其中x＝0.32-0.60，Gd4(Sb1-xBix)3，其中x＝0-0.75，Mn5Ge3-xSbx，其中x＝0-0.5或Gd5Si2Ge2磁性材料。
3.根据权利要求1所述的磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，其特征是：热交换液闭合循环管路(5)中的热交换液为水、酒精或硅油，或水与酒精混合体。
4.根据权利要求1所述的磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，其特征是：储冷液(3)为水、酒精或硅油，或水与酒精混合体。
5.根据权利要求1所述的磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，其特征是：磁液体闭合循环管路(1)内的磁液体的流动方向与热交换液闭合循环管路(2)内的热交换液的流动方向相反。
6.根据权利要求1所述的磁液体磁制冷技术的冷反馈系统，其特征是：磁液体进口位于主动式制冷床(2)的上方，磁液体出口位于主动式制冷床(2)的下方，热交换液进口位于被动式制冷床(6)的上方，交换液出口位于被动式制冷床(6)下方，主动式制冷床(2)内的储冷液(3)与被动式制冷床(6)内的储冷液(3)的温度都具有由上而下逐渐降低的温度梯度。
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