CN109506389A - 一种磁制冷换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁制冷换热系统，所述磁制冷换热系统包括用管路依次连通的热端换热部、磁换热部和冷端换热部以及与所述热端换热部连通且用于驱动所述磁制冷换热系统内流体的动力组件；所述冷端换热部与所述磁换热部间设有制冷部。通过在所述冷端换热部与所述磁换热部间设置制冷部，从所述磁换热部流出的流体经过去磁冷却后，再经过制冷部的二次冷却降温，使其温度进一步降低，则其进入所述冷端换热部后与所述冷端换热部的温差较大，制冷量充足，制冷效果明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及磁制冷技术领域，尤其涉及一种磁制冷换热系统。
背景技术
磁制冷技术是一种把磁性材料的磁热效应应用于制冷领域的技术，磁热效应是磁性材料的一种固有属性，它是将外磁场的变化所引起的材料自身磁熵改变，同时伴随着材料吸热、放热过程。例如对于铁磁性材料来说，磁热效应在它的居里温度附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放出热量；反之，当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸收热量，这就和气体的压缩-膨胀过程中所引起的放热-吸热现象相似。
磁制冷是一种绿色环保的新型制冷技术。与传统蒸汽压缩式制冷相比,磁制冷采用磁性材料作为制冷工质,对臭氧层无破坏作用,无温室效应,磁致冷技术近年来得到了较快地发展，其发展前景被各国专家所看好。但是现有的磁制冷系统中经过去磁冷却的流体温度尚高，进入冷端换热器后与冷端换热器的温差较小，制冷量不足，制冷效果不佳。
因此，需要提供一种磁制冷换热系统来解决现有技术的不足。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种磁制冷换热系统。
一种磁制冷换热系统，所述磁制冷换热系统包括用管路依次连通的热端换热部、磁换热部和冷端换热部以及与所述热端换热部连通且用于驱动所述磁制冷换热系统内流体的动力组件；
所述冷端换热部与所述磁换热部间设有制冷部。
进一步的，所述热端换热部内设有与所述制冷部连接的能量转化组件；
所述能量转化组件用于将所述热端换热部内的热量转化为所述制冷部的动力并供给于所述制冷部。
进一步的，所述动力组件包括往复气缸，所述往复气缸包括两个处于不同气压状态的第一口和第二口；所述热端换热部包括第一热端换热装置和第二热端换热装置；所述磁换热部包括第一磁换热器和第二磁换热器；所述冷端换热部包括冷端换热器；
从所述第一口至所述第二口依次连接有所述第一热端换热装置、所述第一磁换热器、所述冷端换热器、所述第二磁换热器和所述第二热端换热装置。
进一步的，所述制冷部包括第一制冷装置和第二制冷装置；所述第一制冷装置设于所述第一磁换热器与所述冷端换热器间；所述第二制冷装置设于所述第二磁换热器与所述冷端换热器间。
进一步的，所述第一制冷装置和所述第二制冷装置均包括储液箱和与所述储液箱的侧壁连接的至少一个半导体制冷片；
每个所述半导体制冷片的侧壁均与至少两个翅片散热器连接；
所述翅片散热器与所述储液箱分别设于所述半导体制冷片相对的两侧；
每个所述半导体制冷片均与所述能量转化组件连接。
进一步的，所述能量转化组件包括至少两个半导体温差发电片；
所述第一热端换热装置和所述第二热端换热装置均包括热端换热器和与所述热端换热器的侧壁连接的至少一个所述半导体温差发电片；
每个所述半导体温差发电片的侧壁均与至少两个翅片散热器连接；
所述翅片散热器与所述热端换热器分别设于所述半导体温差发电片相对的两侧；
所述半导体温差发电片与所述半导体制冷片一一对应连接。
进一步的，所述半导体制冷片与所述半导体温差发电片通过储能件连接。
进一步的，所述第一热端换热装置的半导体温差发电片、所述第二热端换热装置的半导体温差发电片、所述第一制冷装置的半导体制冷片和所述第二制冷装置的半导体制冷片分别与同一储能件连接；
所述储能件与所述第一制冷装置的半导体制冷片间设有用于控制二者是否电连接的第一控制件；
所述储能件与所述第二制冷装置的半导体制冷片间设有用于控制二者是否电连接的第二控制件。
进一步的，所述第一磁换热器和所述第二次换热器均包括永磁体和蓄冷床，所述蓄冷床和所述永磁体可相对运动；
所述蓄冷床从所述永磁体的磁场外进入所述磁场内，所述蓄冷床发热；
所述蓄冷床从所述永磁体的磁场内进入所述磁场外，所述蓄冷床吸热。
进一步的，所述往复气缸包括缸体、活塞、驱动件；所述驱动件用于控制所述活塞于所述缸体内往复运动；
所述第一口和所述第二口分别设于所述活塞往复运动的两端极限位置。
本发明的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的技术方案提供的磁制冷换热系统，通过在所述冷端换热部与所述磁换热部间设置制冷部，从所述磁换热部流出的流体经过去磁冷却后，再经过制冷部的二次冷却降温，使其温度进一步降低，则其进入所述冷端换热部后与所述冷端换热部的温差较大，制冷量充足，制冷效果明显提高。
附图说明
图1是本发明提供的磁制冷换热系统的示意图；
图2是本发明提供的第一制冷装置或第二制冷装置的结构示意图；
图3是本发明提供的第一热端换热装置或第二热端换热装置的结构示意图。
其中，1-缸体；2-活塞；3-第一口；4-第二口；5-第一热端换热装置；6-第二热端换热装置；7-第一蓄冷床；8-第一永磁体；9-第二蓄冷床；10-第二永磁体；11-第一制冷装置；12-第二制冷装置；13-冷端换热器；14-储能件；15-储液箱；16-半导体制冷片；17-翅片散热器；18-热端换热器；19-半导体温差发电片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明提供了一种磁制冷换热系统，所述磁制冷换热系统包括用管路依次连通的热端换热部、磁换热部和冷端换热部以及与所述热端换热部连通且用于驱动所述磁制冷换热系统内流体的动力组件；
所述冷端换热部与所述磁换热部间设有制冷部。
通过在所述冷端换热部与所述磁换热部间设置制冷部，从所述磁换热部流出的流体经过去磁冷却后，再经过制冷部的二次冷却降温，使其温度进一步降低，则其进入所述冷端换热部后与所述冷端换热部的温差较大，制冷量充足，制冷效果明显提高。
在本发明的一些实施例中，所述热端换热部内设有与所述制冷部连接的能量转化组件；
所述能量转化组件用于将所述热端换热部内的热量转化为所述制冷部的动力并供给于所述制冷部。
在磁制冷换热系统中，经过所述驱动组件压缩过的高温流体首先进入到所述热端换热部，在所述热端换热部内进行冷却，冷却过程中流体所放热量在现有技术中全部排放到了空气中，这部分热量的排放造成了极大的能量浪费，在上述这些实施例中，热端换热部中设置了所述能量转化组件，所述能量转化组件能够将上述热量进行收集和转化，进行了合理的利用，避免了能量的浪费，提高了所述磁制冷换热系统的能效；且在上述这些实施例中，能量转化组件将所述热量收集转化后作为动力供给于所述制冷部，所述制冷部的增加带来了制冷量提高的效果，但是需要一定的动力，能量转化组件作为中介部件将现有技术中热端换热部浪费的能量作为了制冷部的动力，设计巧妙，能量利用率大大提高，且使上述制冷量提高的效果不依靠于多余的能量和动力投入，所述磁制冷换热系统的能效得到的成倍的增加。
在本发明的一些实施例中，所述动力组件包括往复气缸，所述往复气缸包括两个处于不同气压状态的第一口3和第二口4；所述热端换热部包括第一热端换热装置5和第二热端换热装置6；所述磁换热部包括第一磁换热器和第二磁换热器；所述冷端换热部包括冷端换热器13；
从所述第一口3至所述第二口4依次连接有所述第一热端换热装置5、所述第一磁换热器、所述冷端换热器13、所述第二磁换热器和所述第二热端换热装置6。
所述热端换热部包括第一热端换热装置5和第二热端换热装置6且上述两个热端换热装置分别与所述往复气缸的两个口连接；所述磁换热部包括第一磁换热器和第二磁换热器，且上述两个磁换热器分别与两个热端换热装置连接；所述冷端换热部包括冷端换热器13且所述冷端换热器13的两端分别与上述的两个磁换热器连接。上述连接方式构成了两条可以随往复气缸的驱动方向变化而切换状态的通道；所述第一热端换热装置5、所述第一磁换热器和所述冷端换热器13构成第一通道，所述第二热端换热装置6、所述第二磁换热器和所述冷端换热器13构成第二通道。
当所述往复气缸对其内的流体施加向第一口3的动力时，所述第一口3附近的气压增加，所述第二口4附近的气压减小，所述流体进入第一通道，所述第一通道内的第一磁换热器去磁吸热，则所述流体在所述第一热端换热装置5内冷却，然后进入第一磁换热器，由于第一磁换热器处于去磁吸热状态，因此流体经过所述第一磁换热器进行了二次冷却，然后进入所述冷端换热器13进行制冷；制冷后的流体进入第二通道，所述第二通道内的第二次换热器处于加磁放热的状态，则所述流体进入到所述第二次换热器后进行吸热，然后进入所述第二热端换热装置6进行冷却和放热，最后经所述第二口4回到所述往复气缸内。
当所述往复气缸对其内的流体施加向第二口4的动力时，所述第二口4附近的气压增加，所述第一口3附近的气压减小，所述流体的流向与上述情况相反，即依次经过所述第二通道和所述第一通道回到所述往复气缸内，而且所述第二通道内的第二磁换热器去磁吸热，所述第一通道内的第一磁换热器加磁放热。
上述两种情况使所述往复气缸的往复运动过程中都能够实现制冷，提高了制冷效率，提高了能量利用率，且设计巧妙，结合可靠。
在本发明的一些实施例中，所述制冷部包括第一制冷装置11和第二制冷装置12；所述第一制冷装置11设于所述第一磁换热器与所述冷端换热器13间；所述第二制冷装置12设于所述第二磁换热器与所述冷端换热器13间。
所述制冷部包括第一制冷装置11和第二制冷装置12，且所述第一制冷装置11和所述第二制冷装置12分别设于上述的第一通道和第二通道内，则流体依次经过所述第一通道和第二通道回到所述往复气缸的情况下，所述第一制冷装置11进行制冷工作，所述第二制冷装置12不工作；流体依次经过所述第二通道和所述第一通道回到所述往复气缸内的情况下，所述第二制冷装置12进行制冷工作，所述第一制冷装置11不工作。在不同的流向时，所述第一制冷装置11和所述第二制冷装置12的工作状态不同，既提高了制冷效果，又避免了多余的能耗。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述第一制冷装置11和所述第二制冷装置12均包括储液箱15和与所述储液箱15的侧壁连接的至少一个半导体制冷片16；
每个所述半导体制冷片16的侧壁均与至少两个翅片散热器17连接；
所述翅片散热器17与所述储液箱15分别设于所述半导体制冷片16相对的两侧；
每个所述半导体制冷片16均与所述能量转化组件连接。
所述半导体制冷片16的冷端通过焊接或导热硅胶贴合固定于所述储液箱15的侧壁外表面上，所述翅片散热器17通过焊接或导热硅胶与所述半导体制冷片16的热端贴合固定；所述储液箱15的两个开口分别通过管路与所述蓄冷床和所述冷端换热器13连接；所述储液箱15的侧壁为金属。所述半导体制冷片16能够对所述储液箱15内的流体进行制冷，制冷效果直接明显且处于可调控。
如图3所示，在本发明的一些实施例中，所述能量转化组件包括至少两个半导体温差发电片19；
所述第一热端换热装置5和所述第二热端换热装置6均包括热端换热器18和与所述热端换热器18的侧壁连接的至少一个所述半导体温差发电片19；
每个所述半导体温差发电片19的侧壁均与至少两个翅片散热器17连接；
所述翅片散热器17与所述热端换热器18分别设于所述半导体温差发电片19相对的两侧；
所述半导体温差发电片19与所述半导体制冷片16一一对应连接。
所述半导体温差发电片19的热端与所述热端换热器18的表面焊接固定，所述半导体温差发电片19的冷端与所述翅片散热器17通过焊接或导热硅胶固定连接，热端换热器18的侧壁为金属。
所述半导体温差发电片19能够利用所述换端换热器内流体冷却过程所释放的热量进行发电，所发电量可供给于所述半导体制冷片16进行制冷工作。
在本发明的一些实施例中，所述半导体制冷片16与所述半导体温差发电片19通过储能件14连接，所述储能件14可为蓄电池。
由于所述第一制冷装置11和所述第二制冷装置12在所述流体不同流向时的工作状态不相同，因此总有一个制冷装置处于闲置状态，因此此时若将所述半导体温差发电片19所发电量供给于所述半导体制冷片16时无意义的，且会造成一定的能量浪费。在半导体温差发电片19和所述半导体制冷片16间设置储能件14，所述半导体温差发电片19所发电量可以先储存于所述储能件14内，然后再根据所述第一制冷装置11和所述第二制冷装置12的工作状态，将所储存电量按需按时分配于所述半导体制冷片16，避免了能量浪费，提高了能量的利用率，且控制方便，操作简单。
在本发明的一些实施例中，所述第一热端换热装置5的半导体温差发电片19、所述第二热端换热装置6的半导体温差发电片19、所述第一制冷装置11的半导体制冷片16和所述第二制冷装置12的半导体制冷片16分别与同一储能件14连接；
所述储能件14与所述第一制冷装置11的半导体制冷片16间设有用于控制二者是否电连接的第一控制件；
所述储能件14与所述第二制冷装置12的半导体制冷片16间设有用于控制二者是否电连接的第二控制件。
所有的半导体温差发电片19和所有的半导体制冷片16均与同一储能件14连接，对于电量的储存和分配都非常方便，且第一制冷装置11和所述第二制冷装置12的半导体制冷片16与所述储能件14之间分别设置了第一控制件和第二控制件；当所述流体依次经过所述第一通道和所述第二通道流回到往复气缸内时，所述第一制冷装置11进行制冷工作，所述第二制冷装置12不工作，因此此时可通过第一控制件控制所述储能件14为所述第一制冷装置11的半导体制冷片16供电，使其制冷，并通过第二控制件控制所述储能件14与所述第二制冷装置12的半导体制冷片16间电连接断开，使其不工作；当所述流体依次经过所述第二通道和所述第一通道流回到往复气缸内时，所述第二制冷装置12进行制冷工作，所述第一制冷装置11不工作，因此此时可通过第二控制件控制所述储能件14为所述第二制冷装置12的半导体制冷片16供电，使其制冷，并通过第一控制件控制所述储能件14与所述第一制冷装置11的半导体制冷片16间电连接断开，使其不工作。
在本发明的一些实施例中，所述第一磁换热器和所述第二次换热器均包括永磁体和蓄冷床，所述蓄冷床和所述永磁体可相对运动；
所述蓄冷床从所述永磁体的磁场外进入所述磁场内，所述蓄冷床发热；
所述蓄冷床从所述永磁体的磁场内进入所述磁场外，所述蓄冷床吸热。
如图1中所示，所述第一磁换热器包括第一永磁体8和第一蓄冷床7；所述第二磁换热器包括第二永磁体10和第二蓄冷床9。
在本发明的一些实施例中，所述往复气缸包括缸体1、活塞2、驱动件；所述驱动件用于控制所述活塞2于所述缸体1内往复运动；
所述第一口3和所述第二口4分别设于所述活塞2往复运动的两端极限位置。
所述活塞2在所述气缸内往复运动时，造成所述第一口3附近的气压所述第二口4附近的气压不同，其中一个口的气压增加，另一个口的气压降低，从而可为流体提供流动的动力，且往复运动过程均可提供动力，驱动效率高，进而提高了制冷效率。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述磁制冷换热系统包括用管路依次连通的热端换热部、磁换热部和冷端换热部以及与所述热端换热部连通且用于驱动所述磁制冷换热系统内流体的动力组件；
所述冷端换热部与所述磁换热部间设有制冷部。
2.根据权利要求1所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述热端换热部内设有与所述制冷部连接的能量转化组件；
所述能量转化组件用于将所述热端换热部内的热量转化为所述制冷部的动力并供给于所述制冷部。
3.根据权利要求2所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述动力组件包括往复气缸，所述往复气缸包括两个处于不同气压状态的第一口(3)和第二口(4)；所述热端换热部包括第一热端换热装置(5)和第二热端换热装置(6)；所述磁换热部包括第一磁换热器和第二磁换热器；所述冷端换热部包括冷端换热器(13)；
从所述第一口(3)至所述第二口(4)依次连接有所述第一热端换热装置(5)、所述第一磁换热器、所述冷端换热器(13)、所述第二磁换热器和所述第二热端换热装置(6)。
4.根据权利要求3所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述制冷部包括第一制冷装置(11)和第二制冷装置(12)；所述第一制冷装置(11)设于所述第一磁换热器与所述冷端换热器(13)间；所述第二制冷装置(12)设于所述第二磁换热器与所述冷端换热器(13)间。
5.根据权利要求4所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述第一制冷装置(11)和所述第二制冷装置(12)均包括储液箱(15)和与所述储液箱(15)的侧壁连接的至少一个半导体制冷片(16)；
每个所述半导体制冷片(16)的侧壁均与至少两个翅片散热器(17)连接；
所述翅片散热器(17)与所述储液箱(15)分别设于所述半导体制冷片(16)相对的两侧；
每个所述半导体制冷片(16)均与所述能量转化组件连接。
6.根据权利要求5所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述能量转化组件包括至少两个半导体温差发电片(19)；
所述第一热端换热装置(5)和所述第二热端换热装置(6)均包括热端换热器(18)和与所述热端换热器(18)的侧壁连接的至少一个所述半导体温差发电片(19)；
每个所述半导体温差发电片(19)的侧壁均与至少两个翅片散热器(17)连接；
所述翅片散热器(17)与所述热端换热器(18)分别设于所述半导体温差发电片(19)相对的两侧；
所述半导体温差发电片(19)与所述半导体制冷片(16)一一对应连接。
7.根据权利要求6所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述半导体制冷片(16)与所述半导体温差发电片(19)通过储能件(14)连接。
8.根据权利要求7所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述第一热端换热装置(5)的半导体温差发电片(19)、所述第二热端换热装置(6)的半导体温差发电片(19)、所述第一制冷装置(11)的半导体制冷片(16)和所述第二制冷装置(12)的半导体制冷片(16)分别与同一储能件(14)连接；
所述储能件(14)与所述第一制冷装置(11)的半导体制冷片(16)间设有用于控制二者是否电连接的第一控制件；
所述储能件(14)与所述第二制冷装置(12)的半导体制冷片(16)间设有用于控制二者是否电连接的第二控制件。
9.根据权利要求3所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述第一磁换热器和所述第二次换热器均包括永磁体和蓄冷床，所述蓄冷床和所述永磁体可相对运动；
所述蓄冷床从所述永磁体的磁场外进入所述磁场内，所述蓄冷床发热；
所述蓄冷床从所述永磁体的磁场内进入所述磁场外，所述蓄冷床吸热。
10.根据权利要求3所述的一种磁制冷换热系统，其特征在于，所述往复气缸包括缸体(1)、活塞(2)、驱动件；所述驱动件用于控制所述活塞(2)于所述缸体(1)内往复运动；
所述第一口(3)和所述第二口(4)分别设于所述活塞(2)往复运动的两端极限位置。
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