CN107726663A - 磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备,包括流体驱动机构和至少一条换热管路，所有所述换热管路均并联于所述流体驱动机构上，且所述流体驱动机构驱动每一所述换热管路中的流体往复运动。本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备，通过设置第一换热支路、第三换热支路、第一短接支路和第三短接支路能够使换热管路中的热流体和冷流体分别经过不同的管路，避免了热流体和冷流体的混合，而且通过设置端部换热器和第二端部换热器能够将所有换热管路中的制冷量和制热量集中布置，简化了磁热交换系统的管路布置，增加制冷量和制热量。
Description
技术领域
本发明涉及磁热技术领域，特别是一种磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备。
背景技术
磁制冷装置是一种被构造成利用磁热材料的特性的冷却设备：所述磁热材料在施加磁场时产生较高的温度且在移除磁场时提供较低的温度，这种磁热效应可以被应用在热发生器的两个端部——热端和冷端之间实施一个热梯度，在这两个阶段中用特定的过程加以连接，使磁热效应能持续发挥制冷作用。能实现上述循环过程磁热装置被称为磁制冷机。磁制冷机由于其对环境友好，被认为是能够替代传统蒸汽压缩式冷却设备的新型制冷装置，但是现有的磁热交换系统中均存在流体流动循环过程中，流经加磁床的热流体与流经去磁床的冷流体在集液器中发生混合，导致冷量利用不充分。
发明内容
为了解决上述技术问题，而提供一种能够防止热流体和冷流体混合的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备。
一种磁热交换系统，包括流体驱动机构和至少一条换热管路，所有所述换热管路均并联于所述流体驱动机构上，且所述流体驱动机构驱动每一所述换热管路中的流体往复运动，每一所述换热管路上均设置有两个磁性相反的磁工质床、冷端换热器和热端换热器，且所述流体在所述换热管路中进行吸热和散热过程。
所述换热管路包括依次串联设置的第一换热支路、第一磁工质床、第二换热器、第二磁工质床和第三换热支路，且所述第一换热支路远离所述第一磁工质床的一端与所述流体驱动机构连通，所述第三换热支路远离所述第二磁工质床的一端与所述流体驱动机构连通，所述第一磁工质床和所述第二磁工质床的磁极相反，且所述第一磁工质床和所述第二磁工质床的磁性均随所述换热管路中的流体流动方向的变化而变化，所述第一换热支路上并联设置有与所述第一换热支路内流体流向相反的第一短接支路，所述第三换热支路上并联设置有与所述第三换热支路内流体流向相反的第三短接支路。
所述第一换热支路上设置有第一单向阀，所述第一短接支路上设置有第二单向阀，且所述第一单向阀与所述第二单向阀的内部流体的流动方向相反；所述第三换热支路上设置有第三单向阀，所述第三短接支路上设置有第四单向阀，且所述第三单向阀与所述第四单向阀的内部流体的流动方向相反。
至少两条换热管路共用一个所述第二换热器。
所述第一换热支路上设置有第一换热器，所述第三换热支路上设置有第三换热器，且所有所述换热管路的第一换热器和/或所述第三换热器均并列设置。
至少两个所述换热管路的第二换热器并列设置。
所述换热管路还包括端部换热器，所述第一换热支路和所述第三换热支路并列设置于所述端部换热器上。
所述流体驱动机构包括第一集液器和第二集液器，所述第一集液器与所述换热管路的一端连通，所述第二集液器与所述换热管路的另一端连通，且所述第一集液器和所述第二集液器的相位相反。
所述第一集液器和所述第二集液器中均设置有活塞，且所述第一集液器和所述第二集液器中的活塞的运行方向相反。
所述流体驱动机构包括活塞缸和活塞，所述活塞将所述活塞缸的内部空间分为两个容器可变的压力腔，且两个所述压力腔分别所述换热管路的两端连通。
一种磁热式制冷装置，包括上述的磁热交换系统。
一种热弹性冷却设备，包括上述的磁热交换系统。
本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备，通过设置第一换热支路、第三换热支路、第一短接支路和第三短接支路能够使换热管路中的热流体和冷流体分别经过不同的管路，避免了热流体和冷流体的混合，而且通过设置端部换热器和第二端部换热器能够将所有换热管路中的制冷量和制热量集中布置，简化了磁热交换系统的管路布置，增加制冷量和制热量。
附图说明
图1为本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备的磁热交换系统的结构示意图；
图2为本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备的磁热交换系统的另一结构示意图；
图3为本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备的磁热交换系统的另一结构示意图；
图4为本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备的磁热交换系统的具有端部换热器的结构示意图；
图5为本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备的磁热交换系统的具有端部换热器的另一结构示意图；
图6为本发明提供的磁热交换系统、磁热式制冷装置及热弹性冷却设备的磁热交换系统的流体驱动机构为活塞缸和活塞的结构示意图；
图中：
1、换热管路；11、第一换热支路；12、第一磁工质床；13、第二换热器；14、第二磁工质床；15、第三换热支路；16、第一短接支路；17、第三短接支路；111、第一单向阀；161、第二单向阀；151、第三单向阀；171、第四单向阀；6、端部换热器；2、第一集液器；3、第二集液器；4、活塞缸；5、活塞；7、压力腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的组装显示器组件的工装进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图6所示的磁热交换系统，包括流体驱动机构和至少一条换热管路1，所有所述换热管路1均并联于所述流体驱动机构上，且所述流体驱动机构驱动每一所述换热管路1中的流体往复运动，每一所述换热管路1上均设置有两个磁性相反的磁工质床、冷端换热器和热端换热器，且所述流体在所述换热管路1中进行加磁、去磁、吸热和散热过程，每一所述换热管路1中的流体均为磁工质，且所述磁工质在经过磁场发生器时进行加磁或去磁过程，并且在冷端换热器或热端换热器进行吸热和散热过程，而且两个所述磁场发生器的磁场方向与流体的流向方向同步变化，保证磁工质流动到换热管路1的两个端部时均处于冷流体或热流体状态，避免了磁工质在流体驱动机构中进行冷热交换，降低系统的制冷量和制热量。
所述换热管路1包括依次串联设置的第一换热支路11、第一磁工质床12、第二换热器13、第二磁工质床14和第三换热支路15，且所述第一换热支路11远离所述第一磁工质床12的一端与所述流体驱动机构连通，所述第三换热支路15远离所述第二磁工质床14的一端与所述流体驱动机构连通，所述第一磁工质床12和所述第二磁工质床14的磁极相反，且所述第一磁工质床12和所述第二磁工质床14的磁性均随所述换热管路1中的流体流动方向的变化而变化，所述第一换热支路11上并联设置有与所述第一换热支路11内流体流向相反的第一短接支路16，所述第三换热支路15上并联设置有与所述第三换热支路15内流体流向相反的第三短接支路17，第一短接支路16能够将所述第一换热支路11短接，使流体在流动过程中能够直接通过第一短接支路16进行流动，而不经过第一换热支路11进行换热，同理，第三短接支路17也能够短接第三换热支路15。
所述第一换热支路11上设置有第一单向阀111，所述第一短接支路16上设置有第二单向阀161，且所述第一单向阀111与所述第二单向阀161的内部流体的流动方向相反；所述第三换热支路15上设置有第三单向阀151，所述第三短接支路17上设置有第四单向阀171，且所述第三单向阀151与所述第四单向阀171的内部流体的流动方向相反。
实施例1
以磁热交换系统中设置一个换热管路1为例，且第一换热支路11和第三换热支路15为制热段，第二换热器13为制冷段时：
所述磁热交换系统的一个制冷或制热周期分为第一周期和第二周期：
在第一周期中：第一磁工质床12处于去磁状态，第二磁工质床14处于加磁状态，流体驱动机构驱动所述换热管路1中的流体由第一磁工质床12流至第二磁工质床14方向(如附图1、2-6中的实线方向)，由于此时第一单向阀111阻止了流体流向第一换热支路11，从而使流体经第二单向阀161流至所述第一磁工质床12，第一磁工质床12温度较低，吸收换热流体的热量，换热流体变冷，再经第二换热器13吸收周围环境的热量后流至第二磁工质床14，换热流体吸收第二磁工质床14的热量，同理，由于第四单向阀171堵塞，因此流体须经过第三换热支路15及第三单向阀151向外排出热量，至此第一阶段结束。
同样地，在第二周期中：第一磁工质床12处于加磁状态，第二磁工质床14处于去磁状态，流体驱动机构驱动所述换热管路1中的流体由第二磁工质床14流至第一磁工质床12方向(如附图1、2-6中的虚线方向)，由于此时第三单向阀151阻止了流体流向第三换热支路15，从而使流体经第四单向阀171流过第二磁工质床14，第二磁工质床14温度较低，吸收换热流体的热量，换热流体变冷，再经第二换热器13吸收周围环境的热量后流至第一磁工质床12，换热流体吸收第一磁工质床12的热量，由于此时第二单向阀161堵塞，因此流体经过第一换热支路11及第一单向阀111向外排出热量完成一个周期的热交换过程。
实施例2
与实施例1不同在于，第一换热支路11和第三换热支路15为制冷段，第二换热器13为制热段时，在保证所述第一磁工质床12和第二磁工质床14的磁性变化与实施例1中相同时，使换热管路1中的流体方向反向设置。
至少两条换热管路1共用一个所述第二换热器13，其中共用的所述第二换热器13能够通过管路与对应的所述换热管路1连通，也可以是共用所述第二换热器13的所有所述换热管路1并列设置在所述第二换热器13处实现共用，进而使得所述换热管路1中的第二换热器13处的制冷量或制热量集中布置。
实施例3
如图2所示，以实施例1不同之处在于，所述换热管路1的数量为两个，且两个换热管路1中的第二换热器13的数量为1个。
所述第一换热支路11上设置有第一换热器，所述第三换热支路15上设置有第三换热器，且所有所述换热管路1的第一换热器和/或所述第三换热器均并列设置，能够将所有所述换热管路1上的所述第一换热器和/或第三换热器的制冷量或制热量进行集中布置。
至少两个所述换热管路1的第二换热器13并列设置，使得所述换热管路1中的第二换热器13处的制冷量或制热量集中布置。
所述换热管路1还包括端部换热器6，所述第一换热支路11和所述第三换热支路15并列设置于所述端部换热器6上。
实施例4
如图4所示，以实施例1不同之处在于，所述换热管路1上的第一换热器和第三换热器集中设置在端部换热器6上。
所述流体驱动机构包括第一集液器2和第二集液器3，所述第一集液器2与所述换热管路1的一端连通，所述第二集液器3与所述换热管路1的另一端连通，且所述第一集液器2和所述第二集液器3的相位相反，通过集液器的吸附和挤出过程实现流体的流动和换向。
所述第一集液器2和所述第二集液器3中均设置有活塞，且所述第一集液器2和所述第二集液器3中的活塞的运行方向相反。
所述流体驱动机构包括活塞缸4和活塞5，所述活塞5将所述活塞缸4的内部空间分为两个容器可变的压力腔7，且两个所述压力腔7分别所述换热管路1的两端连通，所述活塞5在运动过程中使得两个压力腔7的容积发生变化，达到一个吸附，一个挤出的目的。
一种磁热式制冷装置，包括上述的磁热交换系统。
一种热弹性冷却设备，包括上述的磁热交换系统。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种磁热交换系统，其特征在于：包括流体驱动机构和至少一条换热管路(1)，所有所述换热管路(1)均并联于所述流体驱动机构上，且所述流体驱动机构驱动每一所述换热管路(1)中的流体往复运动，每一所述换热管路(1)上均设置有两个磁性相反的磁工质床、冷端换热器和热端换热器，且所述流体在所述换热管路(1)中进行吸热和散热过程。
2.根据权利要求1所述的磁热交换系统，其特征在于：所述换热管路(1)包括依次串联设置的第一换热支路(11)、第一磁工质床(12)、第二换热器(13)、第二磁工质床(14)和第三换热支路(15)，且所述第一换热支路(11)远离所述第一磁工质床(12)的一端与所述流体驱动机构连通，所述第三换热支路(15)远离所述第二磁工质床(14)的一端与所述流体驱动机构连通，所述第一磁工质床(12)和所述第二磁工质床(14)的磁极相反，且所述第一磁工质床(12)和所述第二磁工质床(14)的磁性均随所述换热管路(1)中的流体流动方向的变化而变化，所述第一换热支路(11)上并联设置有与所述第一换热支路(11)内流体流向相反的第一短接支路(16)，所述第三换热支路(15)上并联设置有与所述第三换热支路(15)内流体流向相反的第三短接支路(17)。
3.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：所述第一换热支路(11)上设置有第一单向阀(111)，所述第一短接支路(16)上设置有第二单向阀(161)，且所述第一单向阀(111)与所述第二单向阀(161)的内部流体的流动方向相反；所述第三换热支路(15)上设置有第三单向阀(151)，所述第三短接支路(17)上设置有第四单向阀(171)，且所述第三单向阀(151)与所述第四单向阀(171)的内部流体的流动方向相反。
4.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：至少两条换热管路(1)共用一个所述第二换热器(13)。
5.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：所述第一换热支路(11)上设置有第一换热器，所述第三换热支路(15)上设置有第三换热器，且所有所述换热管路(1)的第一换热器和/或所述第三换热器均并列设置。
6.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：至少两个所述换热管路(1)的第二换热器(13)并列设置。
7.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：所述换热管路(1)还包括端部换热器(6)，所述第一换热支路(11)和所述第三换热支路(15)并列设置于所述端部换热器(6)上。
8.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：所述流体驱动机构包括第一集液器(2)和第二集液器(3)，所述第一集液器(2)与所述换热管路(1)的一端连通，所述第二集液器(3)与所述换热管路(1)的另一端连通，且所述第一集液器(2)和所述第二集液器(3)的相位相反。
9.根据权利要求8所述的磁热交换系统，其特征在于：所述第一集液器(2)和所述第二集液器(3)中均设置有活塞，且所述第一集液器(2)和所述第二集液器(3)中的活塞的运行方向相反。
10.根据权利要求2所述的磁热交换系统，其特征在于：所述流体驱动机构包括活塞缸(4)和活塞(5)，所述活塞(5)将所述活塞缸(4)的内部空间分为两个容器可变的压力腔(7)，且两个所述压力腔(7)分别所述换热管路(1)的两端连通。
11.一种磁热式制冷装置，其特征在于：包括权利要求1-10中任一项所述的磁热交换系统。
12.一种热弹性冷却设备，其特征在于：包括权利要求1-10中任一项所述的磁热交换系统。
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