CN109612150B - 一种磁制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁制冷技术领域，具体而言，涉及一种磁制冷系统，包括第一循环和第二循环，所述第一循环和所述第二循环均具有冷端换热器和热端换热器；磁制冷床A和磁制冷床B，所述磁制冷床A的两端和所述磁制冷床B的两端均设置有用于与所述第一循环和所述第二循环连接的磁换向阀；所述磁换向阀根据所述磁制冷床受到磁力切换所述第一循环通过所述磁制冷床导通或第二循环通过所述磁制冷床导通。其采用两条管路分别与磁制冷床连通，能够解决磁制冷床切换冷流体和热流体时管道内来不及流走的液体消耗部分冷量的问题，提高制冷量。

Description

一种磁制冷系统

技术领域

本发明涉及换热技术领域，具体而言，涉及一种磁制冷系统。

背景技术

现行世界能源问题日益受到关注，每年用于制冷以及空调的能量非常高，而传统的压缩式制冷的热效率占比卡诺循环低，因此高效、节能、无污染的新型磁制冷技术受到广泛关注。

目前，流体换热作为磁制冷技术的三项关键技术之一，磁制冷是利用磁热效应工作的制冷方式，磁工质进入磁场时被磁化，磁熵变小，放出热量与换热流体交换；磁工质离开磁场时去磁，磁熵变大，吸收外界热量。

磁制冷的核心部件是磁制冷床，其内填充有颗粒状或者片状的磁工质，磁制冷床两端各布置有一个管道，换热流体和换冷流体流经同一管道进入磁制冷床，因此会在管道内有冷热流体的掺杂，从而带来热损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁制冷系统，通过磁制冷床两端的磁换向阀，使磁制冷床进入磁场和脱离磁场时分别连通不同的管路，能够解决磁制冷床切换冷流体和热流体时管道内来不及流走的液体消耗部分冷量的问题，提高制冷量。

本发明的实施例是这样实现的：

一种磁制冷系统，包括磁制冷床，所述磁制冷床的两端分别连通有磁换向阀；每个所述磁换向阀具有一个连接口和两个用于连接管路的接入口；

当所述磁制冷床进入磁场时，所述磁制冷床两端的磁换向阀各有任意一个所述接入口与所述磁制冷床连通；

所述磁换向阀内部具有内腔，所述内腔连通所述连接口和两个所述接入口，所述内腔活动设置有阀芯，所述阀芯连接有弹簧，当所述阀芯不受外力的作用下，所述阀芯受所述弹簧的支撑力堵塞任意一个接入口，当所述磁换向阀位于磁场内时，所述阀芯受到磁力作用移动堵塞另一个接入口。

优选的，所述磁制冷系统包括第一循环和第二循环，所述第一循环和所述第二循环均具有冷端换热器和热端换热器；

磁制冷床A和磁制冷床B，所述磁制冷床A的两端和所述磁制冷床B的两端均设置有用于与所述第一循环和所述第二循环连接的磁换向阀；

所述磁换向阀根据所述磁制冷床受到磁力切换所述第一循环通过所述磁制冷床导通或第二循环通过所述磁制冷床导通。

优选的，上述磁制冷系统还具有动力装置；

所述动力装置包括用于对所述第一循环提供流通动力的活塞缸A和用于对所述第二循环提供流通动力的活塞缸B。

优选的，上述动力装置包括曲柄和与所述曲柄传动连接的电机，所述曲柄通过连杆分别与所述活塞缸A和所述活塞缸B连接。

优选的，上述第一循环热端换热器和所述第二循环热端换热器均位于所述磁制冷床A和所述磁制冷床B之间。

优选的，上述第一循环包括依次连通的所述活塞缸A、所述磁制冷床A、第一循环热端换热器、所述磁制冷床B和第一循环冷端换热器。

优选的，上述第一循环冷端换热器的一端连接所述磁制冷床B，所述第一循环冷端换热器的另一端设置有第一单向阀，并通过所述第一单向阀连通所述活塞缸B。

优选的，上述第二循环包括依次连通的所述活塞缸B、所述磁制冷床B、第二循环热端换热器、所述磁制冷床A和第二循环冷端换热器。

优选的，上述第二循环冷端换热器的一端连接所述磁制冷床A，所述第二循环冷端换热器的另一端设置有第二单向阀，并通过所述第二单向阀连通所述活塞缸A。

优选的，上述活塞缸A和所述活塞缸B之间的夹角为180度。

优选的，上述磁制冷床A两端的磁换向阀和所述磁制冷床B两端的磁换向阀均为三通结构。

优选的，上述磁制冷床A和所述磁制冷床B中分别填充有磁工质。

优选的，上述第一循环和所述第二循环均填充有换热流体。

本发明实施例的有益效果是：

减少流向磁制冷床冷、热流体换向时，来不及流走的液体消耗部分冷量；磁制冷床进入磁场时，磁制冷床两端的磁换向阀各有任意一个所述接入口与磁制冷床连通，当磁制冷床脱离磁场时，磁换向阀再次进行切换，实现磁制冷床制热和制冷时分别连通不同的管路，避免了管道内换热过程中的冷热液体掺混，提高制冷量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例磁制冷系统结构示意图；

图2为本发明实施例动力装置结构示意图；

图3为本发明实施例磁换向阀结构示意图。

图标：13－活塞缸B；14－活塞缸A；15－第二循环冷端换热器；16－磁换向阀Ⅰ；18－磁换向阀Ⅱ；22－磁换向阀Ⅲ；24－磁换向阀Ⅳ；17－磁制冷床A；19－第一循环热端换热器；20－第二循环热端换热器；23－磁制冷床B；25－第一循环冷端换热器；21－第一单向阀；26－第二单向阀；5－曲柄；4－轴承；3－连杆；6－第一接入口；7－阀芯；8－第二接入口；9－底座；10－上盖；11－连接口；12－弹簧。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参照图1－3，本实施例提供一种磁制冷系统，包括磁制冷床，所述磁制冷床的两端分别连通有磁换向阀；每个所述磁换向阀具有两个用于连接管路的接入口；

当所述磁制冷床进入磁场时，所述磁制冷床两端的磁换向阀各有任意一个所述接入口与所述磁制冷床连通。

通过磁制冷床两端的磁换向阀切换与磁制冷床连通的管路，使磁制冷床制热和制冷时分别连通不同的管路，磁换向阀受外界磁力进行切换，可实现根据磁制冷床在磁场中的状态切换管路，灵敏度高，结构简单。

磁制冷系统包括第一循环和第二循环，所述第一循环和所述第二循环均具有冷端换热器和热端换热器；

磁制冷床A17和磁制冷床B23，所述磁制冷床A17的两端和所述磁制冷床B23的两端均设置有用于与所述第一循环和所述第二循环连接的磁换向阀；所述磁换向阀根据所述磁制冷床受到磁力切换所述第一循环通过所述磁制冷床导通或第二循环通过所述磁制冷床导通。

磁制冷床A17和磁制冷床B23的两端分别设置有磁换向阀，并通过磁换向阀连通第一循环和第二循环，磁制冷床A17或磁制冷床B23进入磁场后磁工质释放热量，磁制冷床A17或磁制冷床B23脱离磁场后，磁工吸收外界热量；当磁制冷床A17或磁制冷床B23进入磁场后，其两端的磁换向阀进入磁场并相对于在磁场外侧时进行切换，第一循环导通或第二循环导通，磁制冷床制热和制冷分别连通不同的管路，避免了管道内换热过程中的冷热液体掺混，提高制冷量。

磁制冷系统还具有动力装置；所述动力装置包括用于对所述第一循环提供流通动力的活塞缸A14和用于对所述第二循环提供流通动力的活塞缸B13。动力装置包括曲柄5和与所述曲柄5传动连接的电机，所述曲柄5通过连杆3分别与所述活塞缸A14和所述活塞缸B13连接。

曲柄5的转动下带动连杆3运动，进而驱动活塞进行往复运动，为第一循环和第二循环中的换热流体提供流通动力，曲柄5连杆3机构相比较泵抽吸流体，更加紧凑便利；相比较凸轮机构具有结构更紧凑，行程更大。

第一循环热端换热器19和所述第二循环热端换热器20均位于所述磁制冷床A17和所述磁制冷床B23之间。

第一循环包括依次连通的所述活塞缸A14、所述磁制冷床A17、第一循环热端换热器19、所述磁制冷床B23和第一循环冷端换热器25。第一循环冷端换热器25的一端连接所述磁制冷床B23，所述第一循环冷端换热器25的另一端设置有第一单向阀21，并通过所述第一单向阀21连通所述活塞缸B13。

第二循环包括依次连通的所述活塞缸B13、所述磁制冷床B23、第二循环热端换热器20、所述磁制冷床A17和第二循环冷端换热器15。第二循环冷端换热器15的一端连接所述磁制冷床A17，所述第二循环冷端换热器15的另一端设置有第二单向阀26，并通过所述第二单向阀26连通所述活塞缸A14。

磁换向阀包括一个连接口11和两个接入口；所述连接口11用于与磁制冷床A17连通或磁制冷床B23连通；所述两个接入口用于连接所述第一循环和所述第二循环。磁换向阀内部具有与所述连接口11和所述接入口连通的内腔；所述内腔活动设置有阀芯7，所述阀芯7连接有弹簧12；当所述阀芯7不受外力的作用下，所述阀芯7受所述弹簧12的支撑力堵塞任意一个接入口；当所述磁换向阀位于磁场内时，所述阀芯7受到磁力作用移动堵塞另一个接入口，磁力消失后，阀芯7受弹簧12拉力回位。

磁换向阀包括腔体、与腔体连通的一个连接口11和两个接入口，连接口11位于两个接入口之间，阀芯7通过弹簧12支撑在腔体内，当磁换向阀位于磁场外侧时，阀芯7受弹簧12的支撑位于任意一个接入口处并将其堵住，此时连接口11与另一个接入口导通；当阀芯7受到磁力时，阀芯7朝向另一个接入口移动并将其堵住，通过磁场控制阀芯7在腔体内的位置，从而实现连接口11与接入口切换连通，接入口仅能与一个接入口连通。磁换向阀将第一循环和第二循环分离，避免了磁制冷系统冷、暖状态下共用同一管路，造成管道滞留换热流体的掺杂，影响换热效率，且有磁换向阀灵敏度高，结构简单。

活塞缸A14和所述活塞缸B13之间的夹角为180度，此时连杆3的行程最大。磁制冷床A17两端的磁换向阀和所述磁制冷床B23两端的磁换向阀均为三通结构。磁制冷床A17和所述磁制冷床B23中分别填充有磁工质。第一循环和所述第二循环均填充有换热流体。

参考图1所示，第一循环(实线)，第二循环(虚线)；

第一循环：活塞缸A14为换热流体流动提供动力，磁制冷床A17进入磁场，磁换向阀Ⅰ16和磁换向阀Ⅱ18切换，第一循环与磁制冷床A17连通，换热流体从磁换向阀Ⅰ16流入磁制冷床A17，然后从磁换向阀Ⅱ18流出，换热流体在磁制冷床A17内吸收磁工质释放的热量，然后换热流体流向第一循环热端换热器19释放热量，第一循环热端换热器19释放热量使周围环境升温；从第一循环热端流出的换热流体流向磁制冷床B23，磁制冷床B23位于磁场外侧，磁换向阀Ⅲ22和磁换向阀Ⅳ24切换第一循环导通状态，磁制冷床B23中的磁工质吸收换热流体中的热量，换热流体降温，换热流体从磁换向阀Ⅳ24流出并流向第一循环冷端换热器25，换热流体在第一循环冷端换热器25内吸收外界热量升温，实现对周围环境降温的效果，然后换热流体通过第一单向阀21流向活塞缸B13。

第二循环：活塞缸B13为换热流体流动提供动力，磁制冷床B23进入磁场，磁换向阀Ⅲ22和磁换向阀Ⅳ24切换，第二循环与磁制冷床B23连通；

换热流体从磁换向阀Ⅳ24流入磁制冷床B23，然后从磁换向阀Ⅲ22流出，换热流体在磁制冷床B23内吸收磁工质释放的热量，然后换热流体流向第二循环热端换热器20释放热量，第二循环热端换热器20释放热量使周围环境升温；

从第二循环热端流出的换热流体流向磁制冷床A17，磁制冷床A17位于磁场外侧，磁换向阀Ⅰ16和磁换向阀Ⅱ18切换第二循环导通状态，磁制冷床A17中的磁工质吸收换热流体中的热量，换热流体降温，换热流体从磁换向阀Ⅰ16流出并流向第二循环冷端换热器15，换热流体在第二循环冷端换热器15内吸收外界热量升温，实现对周围环境降温的效果，然后换热流体通过第二单向阀26流向活塞缸A14，换热流体再次回到活塞缸A14后实现整体循环。

在曲柄5连杆3机构带动活塞缸A14和活塞缸B13周期性运动，换热流体在第一循环和第二循环下往复流通，不间断的释放热量和冷量，磁制冷床A17和磁制冷床B23冷暖状态下的换热流体采用不同管路流通，而避免了管道内冷热流体的掺混损失的冷量，提高了工作效率。

结合图2所示，动力装置包括活塞缸A14、活塞缸B13、连杆3、轴承4和曲柄5，轴承4偏心固定在曲柄5上，电机与曲柄5传动连接，活塞缸A14和活塞缸B13分别通过连杆3与轴承4连接，并且活塞缸A14和活塞缸B13位于轴承4相对的两侧，活塞缸A14和活塞缸B13相对于轴承4形成的夹角为180度。活塞缸A14和活塞缸B13的工作状态相反，曲柄、连杆、活塞组成的传动机构具有结构紧凑，行程较大，结构简单易行。

结合图1和图3所示，磁换向阀包括底座9、上盖10、阀芯7和弹簧12，上盖10为柱状结构，底座9与上盖10扣合后内部带有腔体，底座9上设置有凸台，凸台上套设有弹簧12，弹簧12远离凸台的一端连接阀芯7，当阀芯7受到磁力时朝向上盖10移动并堵住第一接入口6；当磁力消除时阀芯7受弹簧12的拉力回位，此时第二接入口8被堵住。阀芯7与腔体内壁贴合并可在腔体内滑动，阀芯7材质为纯铁；第一接入口6、第二接入口8和连接口11设置在上盖10外周侧上，第一接入口6和第二接入口8相对位于阀芯7滑动方向的两侧，连接口11位于第一接入口6和第二接入口8之间。

磁换向阀Ⅰ16：连接口连接磁制冷床A，第一接入口连接第二循环冷端换热器，第二接入口连接活塞缸A。

磁换向阀Ⅱ18：连接口连接磁制冷床A，第一接入口连接第二循环热端换热器，第二接入口连接第一循环热端换热器。

磁换向阀Ⅲ22：连接口连接磁制冷床B，第一接入口连接第一循环热端换热器，第二接入口连接第二循环热端换热器。

磁换向阀Ⅳ24：连接口连接磁制冷床B，第一接入口连接第一循环冷端换热器，第二接入口连接活塞缸B。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁制冷系统，其特征在于，包括磁制冷床，所述磁制冷床的两端分别连通有磁换向阀，每个所述磁换向阀具有一个连接口(11)和两个用于连接管路的接入口，所述磁制冷床进入磁场时，所述磁制冷床两端的磁换向阀各有任意一个接入口与所述磁制冷床连通；

所述磁换向阀内部具有内腔，所述内腔连通所述连接口(11)和两个所述接入口，所述内腔活动设置有阀芯(7)，所述阀芯(7)连接有弹簧(12)，当所述阀芯(7)不受外力的作用下，所述阀芯(7)受所述弹簧(12)的支撑力堵塞任意一个接入口，当所述磁换向阀位于磁场内时，所述阀芯(7)受到磁力作用移动堵塞另一个接入口；

所述磁制冷系统还包括第一循环和第二循环，所述第一循环和所述第二循环均具有冷端换热器和热端换热器，所述磁制冷床包括磁制冷床A(17)和磁制冷床B(23)，所述磁制冷床A(17)的两端和所述磁制冷床B(23)的两端均设置有用于与所述第一循环和所述第二循环连接的磁换向阀，所述磁换向阀根据所述磁制冷床受到的磁力切换所述第一循环通过所述磁制冷床导通或第二循环通过所述磁制冷床导通。

2.根据权利要求1所述的磁制冷系统，其特征在于，所述磁制冷系统还具有动力装置；

所述动力装置包括用于对所述第一循环提供流通动力的活塞缸A(14)和用于对所述第二循环提供流通动力的活塞缸B(13)。

3.根据权利要求2所述的磁制冷系统，其特征在于，所述动力装置包括曲柄(5)和与所述曲柄(5)传动连接的电机，所述曲柄(5)通过连杆分别与所述活塞缸A(14)和所述活塞缸B(13)连接。

4.根据权利要求3所述的磁制冷系统，其特征在于，第一循环热端换热器(19)和第二循环热端换热器(20)均位于所述磁制冷床A(17)和所述磁制冷床B(23)之间。

5.根据权利要求2所述的磁制冷系统，其特征在于，所述第一循环包括依次连通的活塞缸A(14)、磁制冷床A(17)、第一循环热端换热器(19)、磁制冷床B(23)和第一循环冷端换热器(25)。

6.根据权利要求5所述的磁制冷系统，其特征在于，所述第一循环冷端换热器(25)的一端连接所述磁制冷床B(23)，所述第一循环冷端换热器(25)的另一端设置有第一单向阀(21)，并通过所述第一单向阀(21)连通所述活塞缸B(13)。

7.根据权利要求2所述的磁制冷系统，其特征在于，所述第二循环包括依次连通的活塞缸B(13)、磁制冷床B(23)、第二循环热端换热器(20)、磁制冷床A(17)和第二循环冷端换热器(15)。

8.根据权利要求7所述的磁制冷系统，其特征在于，所述第二循环冷端换热器(15)的一端连接所述磁制冷床A(17)，所述第二循环冷端换热器(15)的另一端设置有第二单向阀(26)，并通过所述第二单向阀(26)连通所述活塞缸A(14)。

9.根据权利要求2所述的磁制冷系统，其特征在于，所述活塞缸A(14)和所述活塞缸B(13)之间的夹角为180度。

10.根据权利要求1－9任意一项所述的磁制冷系统，其特征在于，所述磁换向阀为三通结构。

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