CN103822412A - 一种用于室温磁制冷机的主动式回热器 - Google Patents

一种用于室温磁制冷机的主动式回热器 Download PDF

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巫江虹
刘超鹏
黄一鹤
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Abstract

本发明专利公开了一种用于室温磁制冷机的主动式回热器，包括绝热壳体以及设置在绝热壳体内的磁热性工质床层，所述磁热性工质床层内沿长度方向呈直线均匀设置有相互平行的、用于流经换热流体的细微通道，所述换热流体为R410a、R134a、R407c或R290等加压后沸腾温度在20℃~30℃的低沸点流体。本发明专利的效果和优势在于最大限度提高活性蓄冷器的换热效能，有效利用沸腾传热特性，大幅度提高换热流体与磁热性工质之间的对流换热系数。从而达到减少冷/热流动时间，提高室温磁制冷机运行频率。另外，引入有机低沸点工质，有效解决活泼的稀有金属在机器运行过程中所产生的腐蚀问题。因而使得室温磁制冷机在长期运行过程中，保持平稳高效的运行状态。

Description

一种用于室温磁制冷机的主动式回热器
 
技术领域
本发明专利涉新型制冷技术技术领域，具体涉及一种用于室温磁制冷机中关键部件主动式回热内部强化换热技术。
背景技术
能源是人类赖以生存的基础，随着世界一次能源消费量的不断增加，降低能耗、利用自然能源已成为科学研究的重要方向。随着人们生活水平的提高，制冷技术已经走进千家万户。磁制冷技术是以磁热效应（Magnetocaloric Effect, MCE）为基础的一种新型的制冷技术。与传统的蒸汽压缩式制冷相比，磁制冷凭借其环保、高效的优势，被视为最有潜力替代传统蒸汽压缩制冷循环的技术之一。从机械可靠性和紧凑性来说，磁制冷采用永磁体提供磁场且运转频率低，机械震动少、工作噪音小、机械可靠性高，寿命长。并且由于磁熵密度比气体大，所以制冷装置的结构能变得更加紧凑、安全。从能源利用率方面考虑，传统蒸汽压缩机的热效率仅能达到卡诺循环的5%~10%，而磁制冷循环却能达到30%~60%，节能效果显著。因此，磁制冷技术有相当良好的应用前景。各国的科研人员都对磁制冷技术开展了广泛的研究。当然，一台性能卓越的室温磁制冷机主要由以下几大部分组成：高磁场强度磁场源，设计合理的主动式回热器，高效的换热流体回路和高低温热源换热器。
而本发明专利旨在提高室温磁制冷关键部件主动式回热器换热性能。由于现阶段，以碎屑或者球状磁热性工质为主要堆栈形式的主动式回热器，磁热性工质所形成的多空介质骨架间的流动通道容易出现流动死区而且通道弯曲较大。当换热流体通过多孔介质时，出现流动阻力大，温度分布不均匀等现象。极大削弱换热流体与磁热性工质间的液固间传热效能。因而，室温磁制冷机为了让换热流体充分带出磁热性工质加磁/退磁时的热量/冷量，一直处于较低频率运转，限制其单位之间内制冷量的提高。另外，由于磁热性工质采用的稀土金属性质活泼，当换热流体采用去离子水或者水-乙醇混合物时，较为活泼的磁热性工质表面产生氧化层。影响其磁化和去磁过程的同时，在冷热流动过程中，增加磁热性工质与换热流体间的热阻，影响传热效能。随着室温磁制冷机使用时间的增加，上述氧化现象加剧，磁制冷机性能急剧下降。
发明内容
为了解决上述中存在的问题与缺陷，本发发明的目的在于提供一种主动式回热器，其适用于采用不同居里温度的磁热性工质的室温磁制冷机，克服现有技术层面上的缺点和不足：引入有机低沸点工质作为换热流体，旨在提高主动式回热器内部传热效能，减少磁制冷机中冷热流动的时间和降低换热流体泵耗功，提高机器运转频率、提升单位时间的制冷量或者制热量的同时减少换热流体对磁热性工质腐蚀。
本专利通过下述技术方案实现：
一种用于室温磁制冷机的主动式回热器，包括绝热壳体以及设置在绝热壳体内的磁热性工质床层，所述磁热性工质床层内沿长度方向呈直线均匀设置有相互平行的、用于流经换热流体的细微通道，所述换热流体为R410a、R134a、R407c或R290。也可以是其他加压后沸腾温度在20℃~30℃的低沸点流体。
本发明通过在磁热性工质床层设置直线贯通的细微通道及采用环保的低沸点换热工质，，降低流动阻力，有效防止对磁热性工质的腐蚀氧化，增强换热效能的同时缩短冷热流动的换热时间，从而提高机器的运转频率。
进一步地，所述绝热壳体以及设置在绝热壳体内的磁热性工质床层的横截面轮廓为矩形。
进一步地，所述细微通道横截面轮廓为矩形，水力直径为0.1mm~3mm。
进一步地，所述细微通道之间的间距为0.1mm~3mm。
进一步地，所述绝热壳体以及设置在绝热壳体内的磁热性工质床层的横截面轮廓为圆形。
进一步地，所述细微通道横截面轮廓为圆形，水力直径为0.1mm~3mm。
进一步地，所述绝热壳体的两端设置有横截面轮廓呈矩形的导流板，所述导流板上均匀设置有与细微通道一一对应且形状相同的矩形孔，使得换热流体能均匀流过各细微通道，提高换热效率。
进一步地，所述绝热壳体的两端设置有横截面轮廓呈圆形的导流板，所述导流板上均匀设置有与细微通道一一对应且形状相同的圆形孔，使得换热流体能均匀流过各细微通道，提高换热效率。
当主动式回热器进入磁场后，回热器内部磁热性工质瞬间被磁化后温度上升。低沸点换热流体以饱和液态的状态进入高温回热器。低温饱和的换热流体吸收磁热性工质的热量后，蒸发进入气液两相态直至饱和气态。由于本发明提供的主动式回热器不再采用堆栈形式形成多孔介质结构，而是采用矩形或者圆形的微通道结构。并且磁热性工质与换热流体间采用强制对流沸腾换热，换热效能得到大幅度提高的同时，流动阻力进一步减少。
当主动式回热器离开磁场后，回热器内部磁热性工质瞬间退磁，温度下降。处于饱和气态或者气液两相态的低沸点工质进入低温主动式回热器，冷凝换热将由于磁热性工质在去磁过程而产生的冷量带到冷端换热器对目标空间进行冷却。
本发明的效果和益处是：通过新型的主动式回热器结合低沸点有机换热流体，在原有多孔介质堆积的主动式回热器床层基础上，降低流动阻力，有效防止对磁热性工质的腐蚀氧化，增强换热效能的同时缩短冷热流动的换热时间，从而提高机器的运转频率。最终达到提高单位时间内制冷量/制热量的同时，提高性能系统长效运行性能。
附图说明
附图 1 为本发明实施例一的立体机构示意图。
附图 2 本发明实施例一的纵向剖视结构示意图。
附图 3为本发明实施例二的立体机构示意图。
附图 4 本发明实施例二的纵向剖视结构示意图。
图中所示为：1-导流板；2-绝热外壳；3-微细通道；4-磁热性工质。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
 
实施例一
如图1及图2所示，一种用于室温磁制冷机的主动式回热器，包括绝热壳体2以及设置在绝热壳体2内的磁热性工质床层，所述磁热性工质床层内沿长度方向呈直线均匀设置有相互平行的、用于流经换热流体的细微通道3，所述换热流体为R410a、R134a、R407c或R290。
其中，具体地，所述绝热壳体2以及设置在绝热壳体2内的磁热性工质床层的横截面轮廓为矩形；所述细微通道3横截面轮廓为矩形，水力直径为0.1mm~3mm，所述细微通道3之间的间距为0.1mm~3mm。
同时，为了使得换热流体能均匀流过各细微通道3，提高换热效率，所述绝热壳体2的两端设置有横截面轮廓呈矩形的导流板1，所述导流板1上均匀设置有与细微通道3一一对应且形状相同的矩形孔，换热流体在流经导流板1的矩形孔后，流量均匀地流入各细微通道3，以提高换热效率。
 
实施例二
如图3和图4所示，一种用于室温磁制冷机的主动式回热器，包括绝热壳体2以及设置在绝热壳体2内的磁热性工质床层， 
所述磁热性工质床层内沿长度方向呈直线均匀设置有相互平行的、用于流经换热流体的细微通道3，所述换热流体为R410a、R134a、R407c或R290。
其中，具体地，所述绝热壳体2以及设置在绝热壳体2内的磁热性工质床层的横截面轮廓为圆形；所述细微通道3横截面轮廓为圆形，水力直径为0.1mm~3mm。
同时，为了使得换热流体能均匀流过各细微通道3，提高换热效率，所述绝热壳体2的两端设置有横截面轮廓呈圆形的导流板1，所述导流板1上均匀设置有与细微通道3一一对应且形状相同的圆形孔，换热流体在流经导流板1的圆形孔后，流量均匀地流入各细微通道3，以提高换热效率。
主动式回热器进入磁场后，在磁热效应作用下磁热性工质4的温度瞬间上升，上升幅度由磁场强度大小以及磁热性工质种类决定。低蒸发点换热流体以饱和液体形式经过导流板1流入磁热性工质间所形成的微细通道3。由于磁热性工质温度高于换热流体沸点，在微细通道3内部的换热流体与磁热性工质4进行热交换，换热流体吸收磁热性工质4的热量后沸腾蒸发，快速带出磁热性工质内部由于磁化过程中所形成的热量后，离开主动式回热器进入热端换热器与热端进行换热。冷凝后的低沸点换热流体进入退磁后降温的低温主动式回热器。带出由于去磁过程中所产生的冷量到冷端换热器，从而实现对目标空间的制冷。由于蒸发换热增强换热流体以及磁热性工质之间的换热系数，缩短换热时间，从而达到提高室温磁制冷机运转频率和单位时间内制冷量的效果。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于室温磁制冷机的主动式回热器，包括绝热壳体（2）以及设置在绝热壳体（2）内的磁热性工质床层，其特征在于：
所述磁热性工质床层内沿长度方向呈直线均匀设置有相互平行的、用于流经换热流体的细微通道（3），所述换热流体为R410a、R134a、R407c或R290。
2.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述绝热壳体（2）以及设置在绝热壳体（2）内的磁热性工质床层的横截面轮廓为矩形。
3.根据权利要求2所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述细微通道（3）横截面轮廓为矩形，水力直径为0.1mm~3mm。
4.根据权利要求3所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述细微通道（3）之间的间距为0.1mm~3mm。
5.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述绝热壳体（2）以及设置在绝热壳体（2）内的磁热性工质床层的横截面轮廓为圆形。
6.根据权利要求5所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述细微通道（3）横截面轮廓为圆形，水力直径为0.1mm~3mm。
7.根据权利要求3或4所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述绝热壳体（2）的两端设置有横截面轮廓呈矩形的导流板（1），所述导流板（1）上均匀设置有与细微通道（3）一一对应且形状相同的矩形孔。
8.根据权利要求6所述的用于室温磁制冷机的主动式回热器，其特征在于：所述绝热壳体（2）的两端设置有横截面轮廓呈圆形的导流板（1），所述导流板（1）上均匀设置有与细微通道（3）一一对应且形状相同的圆形孔。
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