CN107024038B - 复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀 - Google Patents

复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，包括阀体、旋转内芯、压紧装置、齿轮；旋转内芯设置在两个阀体之间，压紧装置环绕在两个阀体外侧，将两个阀体固定在一起；阀体的第一纵向孔、第二纵向孔的开口分别位于阀体的外端面和内端面；阀体的第一螺旋通孔连接第一纵向孔和内端面，阀体的第二螺旋通孔连接第二纵向孔和内端面；阀体在外端面开有固定槽，在内端面设置有固定沉孔；旋转内芯在轴向开有第一扇形通孔、第二扇形通孔，旋转内芯上下两侧端面在轴心处分别设置有转轴，转轴安装在上下两侧阀体的固定沉孔内；齿轮设置在旋转内芯的外侧圆柱面上。本发明可提高换热效率，进而提升制冷机的制冷能力。

Description

复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀
技术领域
本发明涉及一种复合式室温磁制冷机冷端的换向阀，具体说，涉及一种复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀。
背景技术
制冷技术广泛地应用在人们的日常生活及工业、农业等各个领域。制冷业耗能巨大，目前使用的气体压缩制冷技术存在一些诸如耗能大、效率低、排放气体破坏大气臭氧层、引起温室效应等缺点。制冷业是耗能、污染大户，是需要节能减排的项目之一。因此，研发一种新型的耗能低、无污染的制冷技术是当今制冷界迫切需要解决的问题。
磁制冷与传统的气体压缩制冷技术相比具有效率高、耗能低、环境友好等优点而倍受人们关注，磁制冷的循环效率可以高达50％，而且所用的原料、循环介质没有污染，是一种比较理想的制冷技术。近年来，世界各国都在重视节能减排，而磁制冷正是节能减排项目，因而引起了世界各国、特别是欧美日等国的高度重视，有20多个国家已在开展这方面的研发工作。
瑞士西瑞士应用科技大学热能工程研究所Sari等人提出一种改进的AMR(ActiveMagnetic Regeneration)循环可以实现冷热端的大温差。美国宇航公司设计研制出COP(Coefficient of Performance)不低于2的大功率室温磁制冷机。日本中部电力运用多级磁工质达到了千瓦级的制冷能力，COP达到6甚至更高，最大制冷功率1.4kW，最大温度变化21K。目前世界各国都在加大室温磁制冷技术的研发投入，加大冷热端温差以及磁制冷工质的形状多样化均有了不错的进展，提高制冷功率和COP也一直是世界各国学者一致追求的目标。对磁制冷的广泛关注有利于这项技术尽快地向实用化迈进，促使磁制冷技术率先在某些领域得到应用。
如图1所示，是现有技术中复合式室温磁制冷机系统的结构示意图。制冷机制冷床采用AMR蓄冷技术，每一制冷周期制冷床内部换热流体要进行换向，因此冷端换热器换热管内流体流动形式为往复流动，换热受到极大的限制。
复合式室温磁制冷机采用内外环形嵌套磁场系统，在满足磁场强度的基础上有效提高制冷机的运行频率，但由于制冷机制冷床采用AMR蓄冷技术，因此制冷系统在每一循环周期要实现换热流体流向转换，使得冷端换热器换热管内流体流动形式为往复流动，导致冷端换热管线的长度以及排布受每一制冷周期内换热流体的体积约束，影响了换热效率，所以很有必要设计制造一种匹配现有制冷机冷端的新型换向阀以改变冷端换热管内的流体流动形式，进而更加合理充分地布置冷端换热管线，增大换热面积，提高换热效率，提升制冷机的制冷能力。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，可使冷端换热管线的长度以及排布不受每一制冷周期内换热流体的体积约束，可更加合理充分地布置冷端换热管线，增大换热面积，提高换热效率，进而提升制冷机的制冷能力。
技术方案如下：
一种复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，包括阀体、旋转内芯、压紧装置、齿轮；旋转内芯设置在两个阀体之间，压紧装置环绕在两个阀体外侧，将两个阀体固定在一起；阀体开有第一纵向孔、第二纵向孔，第一纵向孔、第二纵向孔的开口分别位于阀体的外端面和内端面；阀体在内部开有第一螺旋通孔、第二螺旋通孔，第一螺旋通孔连接第一纵向孔和内端面，第二螺旋通孔连接第二纵向孔和内端面；阀体在外端面开有固定槽，在内端面设置有固定沉孔；旋转内芯的外形为圆柱体，在轴向开有第一扇形通孔、第二扇形通孔，旋转内芯上下两侧端面在轴心处分别设置有转轴，转轴安装在上下两侧阀体的固定沉孔内；齿轮设置在旋转内芯的外侧圆柱面上。
进一步：两个阀体结构相同，内端面相对，将旋转内芯夹在中间。
进一步：阀体的外形为圆柱体。
进一步：第一纵向孔、第二纵向孔的圆心位于同一个平面；第一螺旋通孔、第二螺旋通孔在内端面的开口的圆心在同一平面上。
进一步：第一纵向孔、第二纵向孔的圆心所在平面与第一螺旋通孔、第二螺旋通孔在内端面开口的圆心所在平面互相垂直。
进一步：两个阀体的第一纵向孔、第二纵向孔安装有铜管接头，铜管接头连接有管道。
进一步：旋转内芯在圆柱面开有键槽，齿轮套装在圆柱面上，通过固定键和键槽固定连接。
进一步：第一扇形通孔和第二扇形通孔的夹角为90°。
与现有技术相比，本发明技术效果包括：
1、本发明的换向阀可将制冷系统冷端换热管内的换热流体流动形式由往复流转变为单向流，换向阀可使冷端换热管线的长度以及排布不受每一制冷周期内换热流体的体积约束，可更加合理充分地布置冷端换热管线，增大换热面积，提高换热效率，进而提升制冷机的制冷能力。
2、采用合适的材料进行精密加工制造，在满足性能要求的基础上使整机结构紧凑、美观。
附图说明
图1是现有技术中复合式室温磁制冷机系统的结构示意图；
图2是本发明中复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀的结构示意图。
图3是本发明中阀体的主视图；
图4是本发明中阀体的后视图；
图5是本发明中旋转内芯的结构示意图。
图6是本发明中旋转内芯利用第一螺旋通孔、第二螺旋通孔导通对侧纵向孔的剖面图；
图7是图5相差90度的剖面图；
图8是本发明中旋转内芯利用第一扇形通孔、第二扇形通孔导通同侧纵向孔的剖面图；
图9是图8相差90度的剖面图；
图10是本发明中复合式室温磁制冷机系统的结构示意图；
具体实施方式
下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
如图2所示，是本发明中复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀的结构示意图。
复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，结构包括：阀体1、旋转内芯2、压紧装置3、齿轮4；旋转内芯2设置在两个阀体1之间，压紧装置3环绕在两个阀体1外侧，将两个阀体1固定在一起；齿轮4设置在旋转内芯2的外侧圆柱面上。本发明中两个阀体1结构相同，内端面相对，将旋转内芯2夹在中间。
阀体1、旋转内芯2、齿轮4相匹配，配合压紧装置3，保证旋转内芯2与其他部件相对转动时的整体密封性，避免换热流体的泄露。换向阀内部冷热流体分离，有效实现换热。
换向阀采用合适的材料精密加工制成，例如各种工程塑料、陶瓷等，这些材料绝热性能好而且可以使内外阀件之间密切配合，当旋转内芯相对于静止部件转动时，阻力较小，摩擦损失较少。
如图3所示，是本发明中阀体1的主视图；如图4所示，是本发明中阀体1的后视图。
阀体1的外形为圆柱体，阀体1在轴向开有第一纵向孔12、第二纵向孔13，第一纵向孔12、第二纵向孔13的开口分别位于阀体1的外端面和内端面，第一纵向孔12、第二纵向孔13的圆心位于同一个平面；阀体1在内部开有第一螺旋通孔14、第二螺旋通孔15，第一螺旋通孔14连接第一纵向孔12和内端面，第二螺旋通孔15连接第二纵向孔13和内端面，第一螺旋通孔14、第二螺旋通孔15在内端面的开口的圆心在同一平面上。第一纵向孔12、第二纵向孔13的圆心所在平面与第一螺旋通孔14、第二螺旋通孔15在内端面开口的圆心所在平面互相垂直。
阀体1在外端面开有固定槽11，在内端面设置有固定沉孔16。
两个阀体1的第一纵向孔12、第二纵向孔13可安装铜管接头，铜管接头连接橡胶管，供换热流体进出，分别连接制冷床冷端和冷端换热器进出口。
如图5所示，是本发明中旋转内芯2的结构示意图。
旋转内芯2的外形为圆柱体，在轴向开有第一扇形通孔22、第二扇形通孔23，在圆柱面开有键槽21，齿轮4套装在圆柱面上，通过固定键和键槽21固定连接。旋转内芯2上下两侧端面在轴心处分别设置有转轴24，转轴24安装在上下两侧阀体1的固定沉孔16内。
第一扇形通孔22、第二扇形通孔23的夹角为90°，径向尺寸以不阻挡两个阀体1的通道内流体流动为宜。通过配套齿轮调节内芯旋转角度与速度，使内磁场旋转180度的同时换向阀旋转90度。
如图6所示，是本发明中旋转内芯2利用第一螺旋通孔14、第二螺旋通孔15导通对侧纵向孔的剖面图；如图7所示，是图5相差90度的剖面图。
图6和图7表示旋转内芯2运行至第一换热区，齿轮4通过带动制冷机内磁体旋转的电机传递动力，带动旋转内芯2转动，旋转角度与速度通过配套齿轮调节，内磁体转过180度旋转内芯2转过90度。
当处于第一换热区时，换热流体流经换向阀，此时上部的阀体1的第一纵向孔12通过第一螺旋通孔14经过旋转内芯2的第一扇形通孔22与下部的阀体1的第二螺旋通孔15、第二纵向孔13连通；对应的，上部的阀体1的第二纵向孔13通过第二螺旋通孔15经过第二扇形通孔23与下部的阀体1的第一螺旋通孔14、第一纵向孔12连通。
部的阀体1与下部的阀体1分别连接制冷床冷端与冷端换热器进出口，使换热流体由制冷床冷端流入冷端换热器。
如图8所示，是本发明中旋转内芯2利用第一扇形通孔22、第二扇形通孔23导通同侧纵向孔的剖面图；如图9所示，是图8相差90度的剖面图。
图8和图9表示旋转内芯2运行至第二换热区，当处于第二换热区时，换热流体流经换向阀，此时上部的阀体1的第一纵向孔12通过旋转内芯2的第一扇形通孔22与下部的阀体1的第一纵向孔12连通；对应的，上部的阀体1的第二纵向孔13通过第二扇形通孔23与下部的阀体1的第二纵向孔13连通。
如图10所示，是本发明中复合式室温磁制冷机系统的结构示意图。
换向阀安装在制冷机冷端与冷端换热器之间，在制冷床换热流体换向的前提下实现冷端换热器换热管内流体的单向流动，使冷端换热器换热管线的长度以及排布不受每一制冷周期内换热流体的体积约束，从而能够更加合理充分地布置冷端换热管线；使得换热有了更大的可操作性，提高制冷机制冷效率，通过现有电机传递动力，避免额外功耗。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，其特征在于：包括阀体、旋转内芯、压紧装置、齿轮；两个阀体结构相同，内端面相对，将旋转内芯夹在中间，阀体的外形为圆柱体，旋转内芯设置在两个阀体之间，压紧装置环绕在两个阀体外侧，将两个阀体固定在一起；阀体开有第一纵向孔、第二纵向孔，第一纵向孔、第二纵向孔的开口分别位于阀体的外端面和内端面，第一纵向孔、第二纵向孔的圆心位于同一个平面；第一螺旋通孔、第二螺旋通孔在内端面的开口的圆心在同一平面上，第一纵向孔、第二纵向孔的圆心所在平面与第一螺旋通孔、第二螺旋通孔在内端面开口的圆心所在平面互相垂直；阀体在内部开有第一螺旋通孔、第二螺旋通孔，第一螺旋通孔连接第一纵向孔和内端面，第二螺旋通孔连接第二纵向孔和内端面；阀体在外端面开有固定槽，在内端面设置有固定沉孔；旋转内芯的外形为圆柱体，在轴向开有第一扇形通孔、第二扇形通孔，旋转内芯上下两侧端面在轴心处分别设置有转轴，转轴安装在上下两侧阀体的固定沉孔内；齿轮设置在旋转内芯的外侧圆柱面上。
2.如权利要求1所述复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，其特征在于：两个阀体的第一纵向孔、第二纵向孔安装有铜管接头，铜管接头连接有管道。
3.如权利要求1所述复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，其特征在于：旋转内芯在圆柱面开有键槽，齿轮套装在圆柱面上，通过固定键和键槽固定连接。
4.如权利要求1所述复合式室温磁制冷机用冷端往复换热变单向换热换向阀，其特征在于：第一扇形通孔和第二扇形通孔的夹角为90°。
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