CN105318596A - 一种分离式热管室温磁制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于制冷设备技术领域，涉及一种分离式热管室温磁制冷装置；其主机由磁制冷机和两套动力型分离式热管组成，系统装置在工作过程中，去磁时放出冷量，磁化时放出热量，形成调温的机制；动力型分离式热管由蒸发段、冷凝段、绝热段、溶液循环泵和储液罐组成，磁制冷机去磁过程中放出冷量，磁化过程中放出热量，第一套热管的冷凝段从磁制机冷端蓄冷液中吸收冷量，在蒸发段将冷量放出，达到制冷目的；第二套热管的蒸发段从磁制冷机热端蓄冷液中吸收热量，在冷凝段将热量放出；其整体设计原理可靠，高效节能，结构简单，运行稳定可靠，使用寿命长，维护成本低，节省能源，应用环境友好。

Description

一种分离式热管室温磁制冷装置

技术领域：

本发明属于制冷设备技术领域，涉及一种应用动力型分离式热管的室温磁制冷技术系统装置，特别是一种分离式热管室温磁制冷装置。

背景技术：

随着经济社会的不断深入发展，工业发展引起了一系列不容忽视的能源和环境问题，如常规能源日渐枯竭，环境污染日益严重。目前，人类能源有近三分之一消耗在制冷中，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、以及可持续发展都极为重要。现代制冷技术基本上都是基于传统气体压缩膨胀实现的，该过程采用的工质大多为氟利昂，该工质会加重温室效应，破坏大气臭氧层，并且氟利昂制冷剂制冷效率低，能耗大；系统需要压缩机，运行不可靠，容易发生故障，且噪音大；因此，传统的制冷方式急需要改变。相比于传统气体压缩制冷而言，磁制冷技术所用工质是环境友好型物质，对环境无污染；磁制冷的效率是卡诺循环的30％～60％，而气体压缩制冷仅仅为5％～10％，因而具有高效节能的特点；而且磁制冷无需压缩机，运动部件少且转速缓慢，可大幅度降低系统振动与噪声，因而系统稳定可靠、使用寿命长。

目前，磁制冷大都采用普通热交换器进行热量传递，普通热交换器的换热效率相对较低，而热管是一种高密度、低能耗的冷热能量输运系统，其优势在于：热管系统中的工质依靠相变换热输运能量，需要的制冷剂量比较少，结构可以非常紧凑，单位体积换热面积非常大；导热性好，相变换热温度变化很小，传热系数较高，尤其是动力型分离式热管，无论从高效性还是从节能性角度考虑，都优于普通换热器，而且运行稳定可靠，不易损坏，使用寿命长，维护成本相对较低。所以，将分离式热管应用于磁制冷技术中具有广阔的开发前景和良好的社会效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有制冷技术的不足，寻求设计一种应用动力型分离式热管的室温磁制冷装置；该装置系统安装结构不受空间限制、高效节能、运行稳定、无噪音、对环境无污染、使用寿命长。

为了实现上述目的，本发明的制冷原理通过以下技术方案实现:一是主机由磁制冷机、两套动力型分离式热管组成，磁制冷机去磁时放出冷量，磁化时放出热量，第一套热管的冷凝段从磁制机冷端蓄冷液中吸收冷量，在蒸发段将冷量放出，达到制冷目的；第二套热管的蒸发段从磁制冷机热端蓄冷液中吸收热量，在冷凝段将热量放出；二是动力型分离式热管由蒸发段、冷凝段、绝热段、溶液循环泵、储液罐组成，每套热管的具体工作过程是：溶液循环泵从储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质进入热管蒸发段中，在热管蒸发段中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后进入热管冷凝段中，气液两相流工质在热管冷凝段中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质由冷凝段进入储液罐，储液罐中的液体工质再次经绝热段被抽入溶液循环泵，如此循环往复，实现能量的传递；三是蓄冷液由磁制冷机提供，磁制冷机去磁时放出的冷量提供给冷端蓄冷液，磁制冷机磁化时放出的热量提供给热端蓄冷液；磁制冷机适用于固定式磁制冷机、旋转式磁制冷机和往复式磁制冷机，所用工质适用于固体材料、磁液体材料和纳米材料的蓄冷液；四是磁制冷机由单个磁制冷机组成，或多个磁制冷机串联组成，或由多个磁制冷机并联组成；磁制冷机多个串联使用时，不同磁制冷机的温跨不同，中间用一套热管连接，从而扩大整个系统的温度跨度，以使该系统更好的适应室温环境；五是分离式热管蒸发段流体为下进上出，冷凝段为上进下出，蒸发段和冷凝段由单根管组成，或由多根管组成；热管工质根据不同的温度区间选用不同的工质，热管所用的循环动力由液体相变为气体所产生的推动力和溶液循环泵共同提供，无需吸液芯和高度差；热管蒸发段和冷凝段水平放置，或垂直放置，热管绝热段根据实际情况加长，实现远距离运输；所用溶液循环泵是定频泵，或是变频泵；六是装置系统用于空调、冰箱、冷柜等制冷系统中，或用于热泵制热系统中，用于带回风的空调系统时，通过混合室，将一套热管系统中获得的回风与新风混合，将能量传递给另一套热管系统，能够实现能量的回收利用。

本发明涉及的主体装置的主体结构包括进口热流体、第一套热管蒸发段、第一套热管、第一套热管冷凝段进口流体、第一套热管冷凝段、磁制冷机蓄冷器冷端进口流体、磁制冷机蓄冷器冷端、第一套磁制冷机、磁制冷机蓄冷器热端、磁制冷机蓄冷器热端出口流体、第二套热管蒸发段、第二套热管、第二套热管冷凝段进口流体、第二套热管冷凝段、出口热流体、出口冷流体、第一套热管蒸发段进口流体、第一套热管溶液循环泵、第一套热管储液罐、磁制冷机蓄冷器冷端出口流体、磁制冷机蓄冷器热端进口流体、第二套热管蒸发段进口流体、第二套热管溶液循环泵、第二套热管储液罐和进口冷流体；第一套磁制冷机去磁时放出冷量，磁制冷机蓄冷器冷端进口流体从蓄冷器冷端的上部进入吸收冷量后，磁制冷机蓄冷器冷端出口流体从下部流出；第一套磁制冷机磁化时放出热量，磁制冷机蓄冷器热端进口流体从磁制冷机蓄冷器热端下部进入吸收热量后，磁制冷机蓄冷器热端出口流体从上部流出；第一套热管由第一套热管蒸发段、第一套热管冷凝段、第一套热管溶液循环泵和第一套热管储液罐组成；第一套热管的循环过程为：第一套热管溶液循环泵从第一套热管储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质作为第一套热管蒸发段进口流体进入第一套热管蒸发段中，在第一套热管蒸发段中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后作为第一套热管冷凝段进口流体从第一套热管蒸发段的上部流出，进入第一套热管冷凝段中，气液两相流工质在第一套热管冷凝段中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质从第一套热管冷凝段下部流出进入第一套热管储液罐，第一套热管储液罐的液体工质再经过绝热后被抽入第一套热管溶液循环泵，如此循环往复，实现能量的传递；第一套热管冷凝段使磁制冷机蓄冷器冷端出口流体从其下部流入，并在第一套热管冷凝段中将冷量传递给热管工质，再使磁制冷机蓄冷器冷端进口流体从其上部流出；第一套热管蒸发段中的液体工质发生液-气相变过程放出冷量，外界进口热流体进入第一套热管蒸发段中吸收该冷量成为出口冷流体，从而实现制冷功效；第二套热管由第二套热管蒸发段、第二套热管冷凝段、第二套热管溶液循环泵和第二套热管储液罐组合而成；第二套热管的循环过程为：第二套热管溶液循环泵从第二套热管储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质作为第二套热管蒸发段进口流体进入第二套热管蒸发段中，在第二套热管蒸发段中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后作为第二套热管冷凝段进口流体从第二套热管蒸发段的上部流出，进入第二套热管冷凝段中，气液两相流工质在第二套热管冷凝段中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质从第二套热管冷凝段下部流出进入第二套热管储液罐，第二套热管储液罐的液体工质再次经过绝热后被抽入第二套热管溶液循环泵，如此循环往复，实现能量的传递；第二套热管蒸发段使磁制冷机蓄冷器热端出口流体从其上部流入，在第二套热管蒸发段中将热量传递给热管工质，再使磁制冷机蓄冷器热端进口流体从其下部流出；第二套热管冷凝段中的气液两相流体工质放出热量，完全冷凝为液体工质，外界进口冷流体进入第二套热管冷凝段中吸收该热量，成为出口热流体，从而实现制热功效。

本发明与现有技术相比，一是磁制冷的效率是卡诺循环的30％～60％，而气体压缩制冷仅仅为5％～10％，磁制冷的效率一般要比蒸汽压缩式制冷高20％～30％，因而具有高效节能的特点；二是该系统无需压缩机，运动部件少且转速缓慢，可大幅降低系统的振动与噪声，具有稳定可靠、噪音少、使用寿命长的特点；三是该系统所用工质取代传统的氟利昂，具有安全、无毒、对环境无污染的特点；四是该系统采用动力型分离式热管，该热管中的工质依靠相变换热输运能量，需要的制冷剂量较少，结构紧凑，单位体积换热面积大，导热性好，相变换热温度变化小，传热系数高；采用溶液泵提供循环动力，无吸液芯结构，蒸发冷凝段可水平布置也可垂直布置；其整体设计原理可靠，高效节能，结构简单，运行稳定可靠，使用寿命长，维护成本低，节省能源，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明主体装置的流程结构原理示意图。

图2为本发明增加回风系统的流程结构原理示意图。

图3为本发明主体装置串联应用的流程原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的主体装置的主体结构包括进口热流体1、第一套热管蒸发段2、第一套热管3、第一套热管冷凝段进口流体4、第一套热管冷凝段5、磁制冷机蓄冷器冷端进口流体6、磁制冷机蓄冷器冷端7、第一套磁制冷机8、磁制冷机蓄冷器热端9、磁制冷机蓄冷器热端出口流体10、第二套热管蒸发段11、第二套热管12、第二套热管冷凝段进口流体13、第二套热管冷凝段14、出口热流体15、出口冷流体16、第一套热管蒸发段进口流体17、第一套热管溶液循环泵18、第一套热管储液罐19、磁制冷机蓄冷器冷端出口流体20、磁制冷机蓄冷器热端进口流体21、第二套热管蒸发段进口流体22、第二套热管溶液循环泵23、第二套热管储液罐24和进口冷流体25；第一套磁制冷机8去磁时放出冷量，磁制冷机蓄冷器冷端进口流体6从蓄冷器冷端7的上部进入吸收冷量后，磁制冷机蓄冷器冷端出口流体20从下部流出；第一套磁制冷机8磁化时放出热量，磁制冷机蓄冷器热端进口流体21从磁制冷机蓄冷器热端9下部进入吸收热量后，磁制冷机蓄冷器热端出口流体10从上部流出；第一套热管3由第一套热管蒸发段2、第一套热管冷凝段5、第一套热管溶液循环泵18和第一套热管储液罐19组成；第一套热管3的循环过程为：第一套热管溶液循环泵18从第一套热管储液罐19中抽取液体工质，提升压力后的液体工质作为第一套热管蒸发段进口流体17进入第一套热管蒸发段2中，在第一套热管蒸发段2中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后作为第一套热管冷凝段进口流体4从第一套热管蒸发段2的上部流出，进入第一套热管冷凝段5中，气液两相流工质在第一套热管冷凝段5中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质从第一套热管冷凝段5下部流出进入第一套热管储液罐19，第一套热管储液罐19的液体工质再经过绝热后被抽入第一套热管溶液循环泵18，如此循环往复，实现能量的传递；第一套热管冷凝段5使磁制冷机蓄冷器冷端出口流体20从其下部流入，并在第一套热管冷凝段5中将冷量传递给热管工质，再使磁制冷机蓄冷器冷端进口流体6从其上部流出；第一套热管蒸发段2中的液体工质发生液-气相变过程放出冷量，外界进口热流体1进入第一套热管蒸发段10中吸收该冷量成为出口冷流体16，从而实现制冷功效；第二套热管12由第二套热管蒸发段11、第二套热管冷凝段14、第二套热管溶液循环泵23和第二套热管储液罐24组合而成；第二套热管12的循环过程为：第二套热管溶液循环泵23从第二套热管储液罐24中抽取液体工质，提升压力后的液体工质作为第二套热管蒸发段进口流体22进入第二套热管蒸发段11中，在第二套热管蒸发段11中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后作为第二套热管冷凝段进口流体13从第二套热管蒸发段11的上部流出，进入第二套热管冷凝段14中，气液两相流工质在第二套热管冷凝段14中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质从第二套热管冷凝段14下部流出进入第二套热管储液罐24，第二套热管储液罐24的液体工质再次经过绝热后被抽入第二套热管溶液循环泵23，如此循环往复，实现能量的传递；第二套热管蒸发段11使磁制冷机蓄冷器热端出口流体10从其上部流入，在第二套热管蒸发段11中将热量传递给热管工质，再使磁制冷机蓄冷器热端进口流体21从其下部流出；第二套热管冷凝段14中的气液两相流体工质放出热量，完全冷凝为液体工质，外界进口冷流体25进入第二套热管冷凝段14中吸收该热量，成为出口热流体15，从而实现制热功效。

实施例2：

本实施例在实施例1涉及的主体装置的基础上增加回风系统，用于空调调温场合，其回风系统的主体结构包括制冷空间26、新风管27、混合室28和回风管29；其中，出口冷流体16接入制冷空间26，对制冷空间26制冷，由制冷空间26接出的回风管29接入混合室28，新风管27接入混合室，混合室28与进口冷流体25连通并接入第二套热管系统冷凝段14，形成回风系统结构实现能量的回收利用。

实施例3：

本实施例将单体的磁制冷机串联使用构成室温磁制冷系统，该实施例的主体结构包括第一套热管3、第一套磁制冷机8、第二套热管12、第二套磁制冷机30和第三套热管31；各热管和磁制冷机依次对接形成串联结构系统，构成主体装置串联应用结构的室温磁制冷系统；

在实施例1的基础上将两套磁制冷机串联使用，第一套磁制冷机8与第二套磁制冷机30通过第二套热管12串联起来，第一套磁制冷机8与第二套磁制冷机30的温度区间不同，第二套磁制冷机30的冷端流体温度高于第一套磁制机8的热端流体温度，且二者的温差满足第二套热管12内循环所需的温差；其中，三套热管的内循环分别与实施例1相同，各热管根据温度区间的不同选用不同的工质。

本实施例所涉及的主体装置串联应用构成的室温磁制冷系统，能够扩大整个系统的温度跨度，使系统更好的适应室温环境。

Claims (4)

1.一种分离式热管室温磁制冷装置，其特征在于主体装置由磁制冷机和两套动力型分离式热管组成，磁制冷机去磁时放出冷量，磁化时放出热量，第一套热管的冷凝段从磁制机冷端蓄冷液中吸收冷量，在蒸发段将冷量放出，达到制冷目的；第二套热管的蒸发段从磁制冷机热端蓄冷液中吸收热量，在冷凝段将热量放出；其主体结构包括进口热流体、第一套热管蒸发段、第一套热管、第一套热管冷凝段进口流体、第一套热管冷凝段、磁制冷机蓄冷器冷端进口流体、磁制冷机蓄冷器冷端、第一套磁制冷机、磁制冷机蓄冷器热端、磁制冷机蓄冷器热端出口流体、第二套热管蒸发段、第二套热管、第二套热管冷凝段进口流体、第二套热管冷凝段、出口热流体、出口冷流体、第一套热管蒸发段进口流体、第一套热管溶液循环泵、第一套热管储液罐、磁制冷机蓄冷器冷端出口流体、磁制冷机蓄冷器热端进口流体、第二套热管蒸发段进口流体、第二套热管溶液循环泵、第二套热管储液罐和进口冷流体；第一套磁制冷机去磁时放出冷量，磁制冷机蓄冷器冷端进口流体从蓄冷器冷端的上部进入吸收冷量后，磁制冷机蓄冷器冷端出口流体从下部流出；第一套磁制冷机磁化时放出热量，磁制冷机蓄冷器热端进口流体从磁制冷机蓄冷器热端下部进入吸收热量后，磁制冷机蓄冷器热端出口流体从上部流出；第一套热管由第一套热管蒸发段、第一套热管冷凝段、第一套热管溶液循环泵和第一套热管储液罐组成；第一套热管的循环过程为：第一套热管溶液循环泵从第一套热管储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质作为第一套热管蒸发段进口流体进入第一套热管蒸发段中，在第一套热管蒸发段中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后作为第一套热管冷凝段进口流体从第一套热管蒸发段的上部流出，进入第一套热管冷凝段中，气液两相流工质在第一套热管冷凝段中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质从第一套热管冷凝段下部流出进入第一套热管储液罐，第一套热管储液罐的液体工质再经过绝热后被抽入第一套热管溶液循环泵，如此循环往复，实现能量的传递；第一套热管冷凝段使磁制冷机蓄冷器冷端出口流体从其下部流入，并在第一套热管冷凝段中将冷量传递给热管工质，再使磁制冷机蓄冷器冷端进口流体从其上部流出；第一套热管蒸发段中的液体工质发生液-气相变过程放出冷量，外界进口热流体进入第一套热管蒸发段中吸收该冷量成为出口冷流体，从而实现制冷功效；第二套热管由第二套热管蒸发段、第二套热管冷凝段、第二套热管溶液循环泵和第二套热管储液罐组合而成；第二套热管的循环过程为：第二套热管溶液循环泵从第二套热管储液罐中抽取液体工质，提升压力后的液体工质作为第二套热管蒸发段进口流体进入第二套热管蒸发段中，在第二套热管蒸发段中的液体工质放出冷量，发生液-气相变过程，转化为气液两相流后作为第二套热管冷凝段进口流体从第二套热管蒸发段的上部流出，进入第二套热管冷凝段中，气液两相流工质在第二套热管冷凝段中放出热量，完全冷凝为液体工质，该液体工质从第二套热管冷凝段下部流出进入第二套热管储液罐，第二套热管储液罐的液体工质再次经过绝热后被抽入第二套热管溶液循环泵，如此循环往复，实现能量的传递；第二套热管蒸发段使磁制冷机蓄冷器热端出口流体从其上部流入，在第二套热管蒸发段中将热量传递给热管工质，再使磁制冷机蓄冷器热端进口流体从其下部流出；第二套热管冷凝段中的气液两相流体工质放出热量，完全冷凝为液体工质，外界进口冷流体进入第二套热管冷凝段中吸收该热量，成为出口热流体，从而实现制热功效。

2.根据权利要求1所述的分离式热管室温磁制冷装置，其特征在于所述磁制冷机适用于固定式磁制冷机、旋转式磁制冷机和往复式磁制冷机，磁制冷机由单个磁制冷机组成，或由多个磁制冷机串联组成，或由多个磁制冷机并联组成；磁制冷机多个串联使用时，不同磁制冷机的温跨不同，中间用一套热管连接，从而扩大整个系统的温度跨度，以使该系统更好的适应室温环境；所用工质适用于固体材料、磁液体材料和纳米材料的蓄冷液。

3.根据权利要求1所述的分离式热管室温磁制冷装置，其特征在于所述动力型分离式热管蒸发段流体为下进上出，冷凝段为上进下出，蒸发段和冷凝段由单根管组成，或由多根管组成；热管工质根据不同的温度区间选用不同的工质，热管所用的循环动力由液体相变为气体所产生的推动力和溶液循环泵共同提供，无需吸液芯和高度差；热管蒸发段和冷凝段水平放置，或垂直放置，热管绝热段根据实际情况加长，实现远距离运输；所用溶液循环泵是定频泵，或是变频泵。

4.根据权利要求1所述的分离式热管室温磁制冷装置，其特征在于装置系统用于制冷系统中或用于热泵制热系统中，用于带回风的空调系统时，通过混合室，将一套热管系统中获得的回风与新风混合，将能量传递给另一套热管系统，能够实现能量的回收利用。