CN110887268B - 一种磁制冷蓄冷器及磁制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁制冷技术领域，具体为一种磁制冷蓄冷器，一种磁制冷蓄冷器包括壳体，所述壳体内设有液体区与磁工质区，所述液体区与磁工质区为相互独立的腔体结构，液体区与磁工质区之间设有导热装置，所述液体区的两端分别设有进液管与出液管。将流体与磁工质进行分区设置，不仅实现了磁工质与流体之间的热量交换，降低了流体的流动阻力，而且避免了蓄冷器滞留体积反向流动的问题，使得流体的流通阻力降低，阻力的减小强化了流体的流通，提高了换热速率，且流动能耗减小，解决了目前流体能耗大，换热效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及蓄冷器技术领域，具体为一种磁制冷蓄冷器及磁制冷系统。
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(磁有序-无序转变的温度)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,磁制冷技术近年来得到了较快地发展。
但蓄冷器中会存在滞留体积反向流动的问题：热流动结束后蓄冷器中会存在滞留体积，这些滞留体积温度较高，在冷流动过程开始时，这些流体反向流入冷端换热器，向冷端换热器释放热量；冷流动结束后，蓄冷器中存在温度较低的流体，这些流体本应流向冷端换热器吸收热量，在热流动开始时刻，流体反向流入热端换热器，降低了系统制冷量。
现有的蓄冷器中填充了大量磁工质，导致流体流过蓄冷器之后压降增大，流体能耗增大，流体速度下降，换热效率降低。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种磁制冷蓄冷器及磁制冷系统。将流体与磁工质进行分区设置，不仅实现了磁工质与流体之间的热量交换，而且使得流体的流通阻力降低，阻力的减小强化了流体的流通，提高了换热速率，且流动能耗减小，解决了目前流体能耗大，换热效率低的问题。
为实现上述目的，发明提供如下技术方案：
一种磁制冷蓄冷器，包括壳体，所述壳体内设有液体区与磁工质区，所述液体区与磁工质区为相互独立的腔体结构，液体区与磁工质区之间设有导热装置，所述液体区的两端分别设有进液管与出液管。
优选的，所述磁工质区包括第一磁工质区域和第二磁工质区域，所述第一磁工质区域与第二磁工质区域分别设于液体区的两侧，所述第一磁工质区域与液体区之间设有第一半导体制冷片，所述第二磁工质区域与液体区之间设有第二半导体制冷片。
优选的，所述第一磁工质区域与液体区之间连有第一热管，所述第二磁工质区域与液体区之间连有第二热管，所述第一热管与第二热管均设于壳体的外侧。
优选的，所述磁工质区包括第一磁工质区域和第二磁工质区域，所述第一磁工质区域与第二磁工质区域分别设于液体区的两侧，所述第一磁工质区域与液体区之间连有第一热管，所述第二磁工质区域与液体区之间连有第二热管，所述第一热管与第二热管均设于壳体的内侧。
优选的，所述液体区与第一磁工质区域之间、液体区与第二磁工质区域之间均通过铜板隔开，所述第一热管与第二热管均与铜板连接。
优选的，所述液体区包括液体热流动区和液体冷流动区，所述液体热流动区与液体冷流动区之间隔离，第一半导体制冷片设于液体热流动区与第一磁工质区域之间，第二半导体制冷片设于液体冷流动区与第二磁工质区域之间，所述进液管包括热流进管和冷流进管，所述出液管包括热流出管和冷流出管，所述热流进管与热流出管分别与液体热流动区连通，所述冷流进管与冷流出管分别与液体冷流动区连通。
优选的，所述第二磁工质区域与液体热流动区通过第一热管连接，所述第一磁工质区域与液体冷流动区通过第二热管连接。
优选的，所述第一磁工质区域与第二磁工质区域之间连有第一热管和第二热管。
优选的，所述液体区包括液体热流动区和液体冷流动区，所述液体热流动区与液体冷流动区相互分离，所述液体热流动区连有热流进管、热流出管，所述液体冷流动区连有冷流进管和冷流出管，所述液体热流动区与液体冷流动区分别设于磁工质区的两侧，所述液体热流动区与磁工质区之间设有第一半导体制冷片，所述液体冷流动区与磁工质区之间设有第二半导体制冷片。
优选的，所述液体热流动区与磁工质区之间连有第一热管，所述液体冷流动区与磁工质区之间连有第二热管。
一种磁制冷系统，包括所述的磁制冷蓄冷器。
与现有技术相比，发明的有益效果是：
1、该磁制冷蓄冷器，将流体与磁工质进行分区设置，不仅实现了磁工质与流体之间的热量交换，而且使得流体的流通阻力降低，阻力的减小强化了流体的流通，提高了换热速率，且流动能耗减小，解决了目前流体能耗大，换热效率低的问题。
2、该新型磁制冷蓄冷器，将液体热流动与液体冷流动分区，从而避免了滞留体积的反向流动，而且流体不流过磁工质，压损大大减小，流体耗功减小；本发明中的热量交换借助热管来加快换热速率，提高了换热效率。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例二的结构示意图；
图3为实施例三的结构示意图；
图4为实施例五的结构示意图；
图5为实施例四的结构示意图；
图6为实施例六的结构示意图；
图7为实施例七的结构示意图。
图中：1-第一磁工质区域；2-第二磁工质区域；3-第一半导体制冷片；4-第二半导体制冷片；5-液体区；501-进液管；502-出液管；503-液体热流动区；504-液体冷流动区；505-热流进管；506-热流出管；507-冷流出管；508-冷流进管；6-第一热管；7-第二热管；8-磁工质区；9-铜板。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
实施例一，
如图1所示，一种磁制冷蓄冷器，包括壳体，所述壳体内设有液体区5与磁工质区，所述液体区5与磁工质区8为相互独立的腔体结构，液体区5与磁工质区8之间设有导热装置，所述液体区5的两端分别设有进液管501与出液管502。
所述磁工质区8包括第一磁工质区域1和第二磁工质区域2，所述第一磁工质区域1与第二磁工质区域2分别设于液体区5的两侧，所述第一磁工质区域1与液体区5之间设有第一半导体制冷片3，所述第二磁工质区域2与液体区5之间设有第二半导体制冷片4。
蓄冷器的一个热力循环包括四个过程，分别为过程1、过程2、过程3、过程4，下面对这4个过程进行详细描述。
过程1：蓄冷器加磁，第一磁工质区域1和第二磁工质区域2内的磁工质温度升高，第一半导体制冷片3与第二半导体制冷片4不工作。
过程2：从冷端换热器流出的流体经进液管501进入蓄冷器，然后经出液管502流出，此时第一半导体制冷片3开始工作，将第一磁工质区域1中的热量传递给液体区5的流体；第二半导体制冷片4开始工作，将第二磁工质区域2的热量传递给液体区5的流体；在过程2中两个磁工质区域的磁工质温度降低，液体区5的流体温度升高，这些高温流体从出液管502流出，流向热端换热器。
过程3：蓄冷器去磁，第一磁工质区域1和第二磁工质区域2内的磁工质温度降低，第一半导体制冷片3与第二半导体制冷片4不工作。
过程4：从热端换热器流出的流体经出液管502进入蓄冷器，然后经进液管501流出，此时第一半导体制冷片3与第二半导体制冷片4开始工作，流体区中流体的热量传递给第一磁工质区域1中磁工质与第二磁工质区域2中的磁工质。
实施例二，
在实施例一的基础上增加热管，具体为：
如图2所示，所述第一磁工质区域1与液体区5之间连有第一热管6，所述第二磁工质区域2与液体区5之间连有第二热管7，所述第一热管6与第二热管7均设于壳体的外侧。
其热力循环过程与实施例一相同，第一热管6与第二热管7的设置能够加快第一磁工质区域1和第二磁工质区域2与液体区5之间的热量交换。
实施例三，
如图3所示，所述磁工质区8包括第一磁工质区域1和第二磁工质区域2，所述第一磁工质区域1与第二磁工质区域2分别设于液体区5的两侧，所述第一磁工质区域1与液体区5之间连有第一热管6，所述第二磁工质区域2与液体区5之间连有第二热管7，所述第一热管6与第二热管7均设于壳体的内侧。
所述液体区5与第一磁工质区域1之间、液体区5与第二磁工质区域2之间均通过铜板9隔开，所述第一热管6与第二热管7均与铜板9连接。
蓄冷器的热力循环包括四个过程，分别为过程1、过程2、过程3、过程4，下面对这4个过程进行详细描述，
过程1：蓄冷器加磁，第一磁工质区域1和第二磁工质区域2内的磁工质温度升高。
过程2：从冷端换热器流出的流体经进液管501进入蓄冷器，然后经出液管502流出。此时磁工质区1与磁工质区2中的热量经铜片与热管传递给液体区5中的流体，流体被加热。
过程3：蓄冷器去磁，第一磁工质区域1和第二磁工质区域2的磁工质温度降低。
过程4：从热端换热器流出的流体经出液管502进入蓄冷器，然后经进液管501流出。此时液体区5中的流体将热量传递给第一磁工质区域1和第二磁工质区域2的磁工质，流体被冷却。
实施例四，
如图5所示，所述液体区5包括液体热流动区503和液体冷流动区504，所述液体热流动区503与液体冷流动区504之间隔离，第一半导体制冷片3设于液体热流动区503与第一磁工质区域1之间，第二半导体制冷片4设于液体冷流动区504与第二磁工质区域2之间，所述进液管501包括热流进管505和冷流进管508，所述出液管502包括热流出管506和冷流出管507，所述热流进管505与热流出管506分别与液体热流动区503连通，所述冷流进管508与冷流出管507分别与液体冷流动区504连通。热流动区503与冷流动区504之间通过绝热物质隔开。
所述第一磁工质区域1与第二磁工质区域2之间连有第一热管6和第二热管7。
蓄冷器的一个热力循环包括四个过程，分别为过程1、过程2、过程3、过程4，下面对这4个过程进行详细描述。
过程1：蓄冷器加磁，第一磁工质区域1与第二磁工质区域2的磁工质温度升高。
过程2：从冷端换热器流出的流体经热流进管505流入液体热流动区503，此时第一半导体制冷片3开始工作，将第一磁工质区域1中的热量传递给液体热流动区503的流体，由于第一磁工质区域1中磁工质温度降低，这时第一热管6与第二热管7将第二磁工质区域2中的热量传递给第一磁工质区域1。
在过程2中第一磁工质区域1与第二磁工质区域2的磁工质温度降低，液体热流动区503的流体温度升高，这些高温流体从热流出管506流出，流向热端换热器。此时第二半导体制冷片4不工作，液体冷流动区504无流体通过。
过程3：蓄冷器去磁，第一磁工质区域1与第二磁工质区域2的磁工质温度降低。
过程4：从热端换热器流出的流体经冷流进管508流入液体冷流动区504，此时第二半导体制冷片4开始工作，将液体冷流动区504域的流体热量传递给第二磁工质区域2，由于第二磁工质区域2中磁工质温度升高，这时第一热管6与第二热管7将第二磁工质区域2的热量传递给第一磁工质区域1。
在过程4中第一磁工质区域1与第二磁工质区域2的磁工质温度升高，液体冷流动区504的流体温度降低，流体从冷流出管507流出，此时第一半导体制冷片3不工作，液体热流动区503无流体通过。
蓄冷器中的液体热流动与冷流动分区，从而避免了滞留体积的反向流动；而且流体不流过磁工质区，压损大大减小，流体耗功减小。
实施例五，
如图4所示，本实施例与实施例四的区别在于热管的连接，具体为：
所述第二磁工质区域2与液体热流动区503通过第一热管6连接，所述第一磁工质区域1与液体冷流动区504通过第二热管7连接。
通过第一热管6实现了第二磁工质区域2与液体热流动区503之间的热量交换，通过第二热管7实现了第一磁工质区域1与液体冷流动区504的热量交换，其余过程均与实施例四相同。
实施例六，
如图6所示，所述液体区5包括液体热流动区503和液体冷流动区504，所述液体热流动区503与液体冷流动区504相互分离，所述液体热流动区503连有热流进管505、热流出管506，所述液体冷流动区504连有冷流进管508和冷流出管507，所述液体热流动区503与液体冷流动区504分别设于磁工质区8的两侧，所述液体热流动区503与磁工质区8之间设有第一半导体制冷片3，所述液体冷流动区504与磁工质区8之间设有第二半导体制冷片4。
蓄冷器的一个热力循环包括四个过程，分别为过程1、过程2、过程3、过程4，下面对这4个过程进行详细描述。
过程1：蓄冷器加磁，磁工质区8内的磁工质温度升高。
过程2：从冷端换热器流出的流体经热流进管505流入液体热流动区503，此时第一半导体制冷片3开始工作，将磁工质区8中的热量传递给液体热流动区503的流体，液体热流动区503的流体温度升高，这些高温流体从热流出管506流出，此时第二半导体制冷片4不工作，液体冷流动区504无流体通过。
过程3：蓄冷器去磁，磁工质区8内的磁工质温度降低。
过程4：从热端换热器流出的流体经冷流进管508流入液体冷流动区504，此时第二半导体制冷片4开始工作，将液体冷流动区504的流体热量传递给磁工质区8，此时第一半导体制冷片3不工作，液体热流动区503无流体通过。
这种蓄冷床中的热流动与冷流动分区，从而避免了滞留体积的反向流动；而且流体不流过磁工质，压损大大减小，流体耗功减小。
实施例七，
本实施例在实施例六的基础上增加了热管，具体结构为：
如图7所示，所述液体热流动区503与磁工质区8之间连有第一热管6，所述液体冷流动区504与磁工质区8之间连有第二热管7。
通过第一热管6加快了液体热流动区503与磁工质区8之间的热量传递，通过第二热管7加快了液体冷流动区504与磁工质区8之间的热量传递。
实施例八，
一种磁制冷系统，包括所述的磁制冷蓄冷器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种磁制冷蓄冷器，包括壳体，其特征在于：所述壳体内设有液体区与磁工质区，所述液体区与磁工质区为相互独立的腔体结构，所述液体区与磁工质区之间设有导热装置，所述液体区的两端分别设有进液管与出液管；所述磁工质区包括第一磁工质区域和第二磁工质区域，所述第一磁工质区域与第二磁工质区域分别设于液体区的两侧，所述第一磁工质区域与液体区之间设有第一半导体制冷片，所述第二磁工质区域与液体区之间设有第二半导体制冷片。
2.如权利要求1所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述第一磁工质区域与液体区之间连有第一热管，所述第二磁工质区域与液体区之间连有第二热管，所述第一热管与第二热管均设于壳体的外侧。
3.如权利要求1所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述磁工质区包括第一磁工质区域和第二磁工质区域，所述第一磁工质区域与第二磁工质区域分别设于液体区的两侧，所述第一磁工质区域与液体区之间连有第一热管，所述第二磁工质区域与液体区之间连有第二热管，所述第一热管与第二热管均设于壳体的内侧。
4.如权利要求3所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述液体区与第一磁工质区域之间、液体区与第二磁工质区域之间均通过铜板隔开，所述第一热管与第二热管均与铜板连接。
5.如权利要求1所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述液体区包括液体热流动区和液体冷流动区，所述液体热流动区与液体冷流动区之间隔离，第一半导体制冷片设于液体热流动区与第一磁工质区域之间，第二半导体制冷片设于液体冷流动区与第二磁工质区域之间，所述进液管包括热流进管和冷流进管，所述出液管包括热流出管和冷流出管，所述热流进管与热流出管分别与液体热流动区连通，所述冷流进管与冷流出管分别与液体冷流动区连通。
6.如权利要求5所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述第二磁工质区域与液体热流动区通过第一热管连接，所述第一磁工质区域与液体冷流动区通过第二热管连接。
7.如权利要求5所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述第一磁工质区域与第二磁工质区域之间连有第一热管和第二热管。
8.如权利要求1所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述液体区包括液体热流动区和液体冷流动区，所述液体热流动区与液体冷流动区相互分离，所述液体热流动区连有热流进管、热流出管，所述液体冷流动区连有冷流进管和冷流出管，所述液体热流动区与液体冷流动区分别设于磁工质区的两侧，所述液体热流动区与磁工质区之间设有第一半导体制冷片，所述液体冷流动区与磁工质区之间设有第二半导体制冷片。
9.如权利要求8所述的一种磁制冷蓄冷器，其特征在于：所述液体热流动区与磁工质区之间连有第一热管，所述液体冷流动区与磁工质区之间连有第二热管。
10.一种磁制冷系统，其特征在于：包括权利要求1至9任意一项所述的磁制冷蓄冷器。
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