CN103175343A

CN103175343A - 真空热管电磁场磁制冷原型机

Info

Publication number: CN103175343A
Application number: CN2013101178045A
Authority: CN
Inventors: 漆黎; 刘丹敏; 李武; 顾健; 左京生; 金远志
Original assignee: 漆黎
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明公开了一种真空热管电磁场磁制冷原型机装置。本发明的目的，在于有效解决制约磁制冷发展的两大难题，即高效热交换系统的建立和强磁场的获得。本发明目的通过原创、创新设计的高效热交换系统和突破设计的磁场生成系统两个装置来实现。本发明由：磁工质、高效热交换系统、磁场生成系统、负载空间、控制系统等部分组成。其特征是：结构紧凑、无噪音、运行稳定、高效、使用寿命长。工作原理：磁工质放入磁腔中，磁腔两端连接散热器、蓄冷器、冷凝器。磁腔放入磁场气隙中，通过注入磁腔的导热、导冷介质，即可导出磁工质等温磁化时向外界放出的热量，绝热退磁时从外界吸取的热量，而达到制冷效果，重复以上过程，就能达到制冷的目的。

Description

真空热管电磁场磁制冷原型机

技术领域

本发明提供一种真空热管电磁场磁制冷原型机装置，可应用于制冷和制热。

背景技术

制冷技术是在近200年逐步发展和成熟起来的，给人类的生活带来了舒适和享受，也给科学进步和技术发展提供了研究和使用平台。

人类能源有近三分之一消耗在制冷上，因此制冷技术的发展对人类的生存、环境的保护、新能源、新材料的研发和应用、国防、可持续发展都极为重要。

现代制冷技术基本上都是基于气体压缩膨胀来实现的，这一过程是一个高能损耗的过程，制冷效率低，每年大约会消耗10⁹千瓦时的电能。传统制冷剂氟利昂对大气臭氧层具有毁灭性的破坏作用。联合国发布的最新报告显示，氟利昂的过渡替代物的含氢氯氟烃(HCFCs)对气候的影响要远远大于CO₂。多边基金预计，到2015年，HCFCs的生产和消费量将是2006年的两倍。联合国环境规划署执行主席阿希姆·施泰纳说：“这表明在整个气候变化挑战中，有一个更需要采取进一步行动的领域。”

磁制冷是现代新型的制冷技术，采用固体磁性材料作为制冷工质，通过磁热效应进行制冷，即固态磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时从外界吸取热量而达到制冷目的。

与传统气体压缩制冷相比，磁制冷具有如下竞争优势：(1)无环境污染。由于磁工质本身为固体材料以及可用水溶液作为传热介质，消除了因使用氟里昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、温室气体、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的重大问题，是真正绿色环保的制冷技术；(2)高效节能。磁制冷的制冷效率可达到卡诺循环的30％～60％，而气体压缩制冷一般仅为5％～10％，节能优势显著；(3)制冷温度低。现代传统气体氟利昂压缩膨胀制冷，制冷温度最多达到负60-70度(190K-200K)，磁制冷可以达到-270度以上(4K)，这为新能源(液氢制备)、新材料、国防、科研......等的研发和应用提供了无限的可能。(4)运行稳定可靠。由于无需压缩机，可做到无振动、无噪声；结构紧凑，没有运行部件，运行安全、可靠性高，寿命长。很显然，节能环保的磁制冷技术对社会、环境和经济发展都将有非常重要的意义，将给我们的社会生活带来革命性的变化。

从上世纪七十年代美国人发现稀土金属钆(Ga)在室温有磁热效应以来，全世界及国内外科研单位、大专院校的科学家对室温磁材料及磁制冷机都进行了研究，特别是对室温磁材料的研发，取得了很大的进步和成果。磁制冷机要能达到制冷目的，必需满足磁材料两个必要条件，一个是强磁场的获得，一个是高效的热交换系统。

目前国内外已经提出多种室温磁制冷装置的设计方案，这些设计方案：1、从磁场获得方式来看，一般采用永磁场或超导磁场，永磁场磁场强度不高，必须要有运动附属设备才能满足磁工质对磁场有无变化的要求，整体设备体积大，实际应用受到限制；超导磁场的磁场强度高，也可以满足磁工质对磁场有无变化的需求，但维持超导温区设备复杂，价格极其昂贵，而且体积大，维持和运行费用极高，没有实际应用价值。2、从所采用热交换导热的设计方式来看，它们都有一个共性，即都是采用液体直接流过磁工质进行导热，液体对设备管道有腐蚀作用，而且容易使小颗粒的固体磁工质随液体流动而造成管道堵塞，对于铁基磁制冷材料还会引起材料氧化而破坏材料性能。且必需增加外部设备才能完成磁工质的导热过程，整机附属设备多，体积大，运行的安全性，可靠性及使用寿命低，不能实际应用。

为解决上述磁制冷装置中存在的问题，本发明提供了一种实用磁制冷机制冷方法，其优点是采用原创、创新设计的真空热管热交换系统和电磁铁磁场生成系统，整机结构设计简洁、流畅、紧凑、体积小、无运动部件；无污染、无排放、无噪声；运行安全、可靠性高、使用寿命长、价格合理；原型机可根据实际不同的应用，对结构大小、制冷量大小做随意调整，实用性强。

发明内容

本发明提供了一种真空热管电磁场磁制冷方法。通过真空热管电磁场磁制冷原型机装置，根据不同的具体情况，可以使磁制冷在人们日常生活、节能减排、科学研究、新能源、新材料、国防......等领域得到广泛、实际的应用。

本发明技术方案如下：一种真空热管电磁场磁制冷原型机装置，包括：磁工质、真空热管热交换系统、电磁铁磁场生成系统、控制系统，其特征是：

所述磁工质采用固态磁制冷材料。所述固态磁制冷材料置于所述真空热管热交换系统磁腔中，所述磁腔放置于电磁铁磁场生成系统磁场气隙中。

所述真空热管热交换系统，包括：真空热管磁腔、真空热管散热器、真空热管蓄冷器、真空热管蓄冷器翅片、蓄冷介质、蓄冷介质密闭容器、真空热管冷凝器、真空热管连接装置、导热、导冷介质。

所述真空热管，是采用铝、铜及其它材料，外形为圆形、方形、矩形、椭圆形.....等形状，中空，在中空部分抽真空，再注入导热、导冷介质做成。

所述电磁铁磁场生成系统，包括：电源、铁芯、线圈、磁场气隙、控制系统。

附图说明

图1 真空热管电磁场磁制冷原型机装置构造示意图

其中：1、真空热管散热器，2、风扇，3、铁芯，4、真空热管连接装置，5、线圈，6、真空热管磁腔，7、真空热管蓄冷器翅片，8、真空热管蓄冷器密闭容器及蓄冷介质，9、真空热管冷凝器，10、真空热管冷凝器翅片，11、冷凝器风扇，12、真空热管蓄冷器密闭容器绝热层，13、负载空间，14、电源控制系统、15、连接线圈与电源控制系统连接线，16、连接输入电源与电源控制系统连接线。

具体实施方式

磁工质放入真空热管磁腔中。真空热管磁腔抽真空，注入导热、导冷介质。用真空热管连接装置连接磁腔与真空热管散热器、真空热管蓄冷器、真空热管冷凝器。在电磁铁磁场生成系统中铁芯上套上线圈。在磁场气隙中放入真空热管磁腔。

真空热管散热器位于磁腔两端上方，用真空热管与磁腔两端连接，散热器上加装风扇空气中散热。

真空热管蓄冷器位于磁腔两端下方，用真空热管与磁腔两端连接，真空热管蓄冷器翅片放入充满蓄冷介质的密闭容器中。真空热管蓄冷器与磁腔连接处到蓄冷介质密闭容器外部，全部做绝热处理。

真空热管冷凝器位于真空热管蓄冷器蓄冷介质密闭容器下方，用真空热管与蓄冷介质密闭容器连接，真空热管冷凝器上安装风扇，置于负载空间内部一侧。

控制系统置于负载空间外部一侧，接通电源，开启电磁铁磁场生成系统电源、真空热管散热器风扇、真空热管冷凝器风扇就可对负载空间制冷。

Claims

1.《真空热管电磁场磁制冷原型机》全部装置，包括：原创、创新设计的真空热管在磁制冷上的应用，原型机整体结构设计、真空热管热交换系统设计、电磁铁磁场生成系统设计。

2.根据权利要求1所述的装置，其中真空热管及真空热管热交换系统的设计为磁制冷上原创、创新设计和应用。

3.根据权利要求1所述的装置，其中原型机整体结构包括：真空热管热交换系统、电磁铁磁场生成系统、磁工质、控制系统。

4.根据权利要求1所述装置，其中真空热管热交换系统包括：放置固态磁制冷材料磁工质的真空热管磁腔，真空热管散热器，真空热管蓄冷器，真空热管冷凝器，连接真空热管磁腔与真空热管散热器，真空热管蓄冷器，真空热管冷凝器的真空热管连接装置，注入真空热管中的导热、导冷介质。

5.根据权利要求4所述装置，其中所述真空热管，是采用铝、铜及其它材料，外形为圆形、方形、矩形、椭圆形......等形状，中空，在中空部分抽真空，再注入导热、导冷介质做成。

6.根据权利要求4所述装置，其中所述真空热管蓄冷器包括：真空热管蓄冷器翅片、蓄冷介质、蓄冷介质密闭容器。

7.根据权利要求1所述的装置，其中电磁铁磁场生成系统，包括：电源、铁芯、线圈、磁场气隙、控制系统。

8.根据权利要求3所述的装置，其中所述磁工质采用固态磁制冷材料，所述固态磁制冷材料置于所述热交换系统真空热管磁腔中，所述真空热管磁腔放置于电磁铁磁场生成系统磁场气隙中。