CN112629061B - 磁场制冷热交换流体循环系统及其热循环方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁场制冷热交换流体循环系统，包括：磁场系统、换热器、散热器、蓄水槽、电磁阀、隔膜泵；磁场系统包括两组并联组合的二级磁场，电磁阀包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀。本发明还公开了一种磁场制冷热交换流体循环系统的热循环方法。本发明减少了热力学循环过程，改变了传统制冷方式，大大提高了制冷工作效率。
Description
技术领域
本发明属于室温磁制冷技术领域，具体涉及一种磁场制冷热交换流体循环系统及其热循环方法。
背景技术
目前，传统压缩制冷对臭氧层会产生危害，会间接导致人类生存环境的变化。根据蒙特利尔协议和京都协议，要求气体压缩制冷采用无氟的制冷剂，例如R410。虽然新的制冷工质不再对臭氧产生不利影响，但是会导致温室效应，仍然会破坏自然环境。
由于在传统压缩气体制冷中，制冷剂被压缩机等熵压缩，再进入冷凝器冷却，进入节流阀，最后出节流阀，进入蒸发器，按照这样循环工作，整个热力学循环的四部分是在制冷剂经过不同机械部分完成的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁场制冷热交换流体循环系统及其热循环方法，减少了热力学循环过程，改变了传统制冷方式，大大提高了制冷工作效率。
为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
磁场制冷热交换流体循环系统，包括：磁场系统、换热器、散热器、蓄水槽、电磁阀、隔膜泵；磁场系统包括两组并联组合的二级磁场，电磁阀包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀；第一电磁阀、第三电磁阀通过换热管路串联后连接两条穿过二级磁场的换热管路之间；第二电磁阀、第四电磁阀通过换热管路串联后连接在两条穿过二级磁场的换热管路之间；第五电磁阀一端通过换热管路连接在第二电磁阀、第四电磁阀之间，另一端连接蓄水槽；散热器的入口通过换热管路连接在第一电磁阀、第三电磁阀之间，散热器的出口通过换热管路连接蓄水槽；隔膜泵的出口通过换热管路连接在第二电磁阀、第四电磁阀之间，入口通过换热管路连接蓄水槽。
进一步，二级磁场包括：磁轭钢筒、内部磁场、外部磁场、磁工质，磁工质套装在内部磁场的轴心位置，内部磁场套装在外部磁场内部，内部磁场、外部磁场、安装磁工质的磁工质床安装在磁轭钢筒内部。
进一步，内部磁场、外部磁场、磁工质位于同一个轴线上。
进一步，两条换热管路分别连接两个二级磁场的磁工质床，两个磁工质床分别连接在换热器上。
进一步，串联后的第一电磁阀、第三电磁阀与串联后的第二电磁阀、第四电磁阀并联。
进一步，蓄水槽、换热器、散热器设置有温度传感器，温度传感器通过导线连接可编程控制器，电磁阀的控制端通过导线连接可编程控制器。
进一步，磁场系统、电磁阀、隔膜泵通过外部电源供电，外部电源选用可调式直流电源，电磁阀选用直导式电磁阀。
磁场制冷热交换流体循环系统的热循环方法，包括：
通过可编程控制器控制隔膜泵的启停及电磁阀的开闭时间，换热流体的循环由五个位于热端的电磁阀控制，换热流体经过隔膜泵的驱动，使左侧的磁工质中的换热流体经过电磁阀流入热端的散热器；
换热流体经过隔膜泵的驱动，使右侧磁工质中的换热流体经过电磁阀流入换热器。
优选的：
通过可编程控制器控制内部磁场、外部磁场相对转动，调节内部的磁工质所处的磁场强度；两个二级磁场中左端的磁工质处在高磁场的等磁场过程，磁工质温度升高；右端磁场处于低磁场的等磁场过程，磁工质温度降低；
将第一电磁阀和第四电磁阀打开，第二电磁阀、第三电磁阀和第五电磁阀阀关闭，换热流体经过隔膜泵的驱动，使换热流体从第一电磁阀进入右侧的磁工质床；
流过磁工质制冷，将冷量带入换热器；换热器出来的换热流体进入左侧的磁工质床，流过磁工质加热，加热后的换热流体进入第一电磁阀，进入散热器，将热量带入散热器。
优选的：通过电机控制二级磁场的内部磁场转动，左端二级磁场、右端二级磁场分别位于最低磁场和最高磁场；打开第二电磁阀和第三电磁阀，第一电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀关闭；左侧磁场转向高磁场，右侧磁场转向低磁场，制得的冷量进入冷端冰箱的换热器，产生的热量进入热端的散热器。
本发明技术效果包括：
室温磁场制冷的热力学循环是在蓄热器中完成循环，制冷剂即磁工质不动，只是磁场强度变化，就能完成热力学循环，这种磁场制冷热流体循环系统大大提高了制冷工作效率。
磁场系统是由左右两组二级磁场并联组合，左右磁场大小相反，分别位于最低磁场和最高磁场。通过可编程控制器控制隔膜泵启停及电磁阀开闭时间，换热流体的循环由五个位于热端的直导式电磁阀控制，换热流体经过隔膜泵的驱动使左侧磁工质中的换热流体经过电磁阀流入热端散热器，换热流体经过隔膜泵的驱动使右侧磁工质中的换热流体经过电磁阀流入冰箱蓄冷器，通过热电阻测量蓄水槽、换热器及蓄冷器温度，通过调节电磁阀的开闭，有效地对循环系统进行管理。
蓄水槽中的换热流体可以吸收热端没有及时散出的热量。以蒸馏水为换热流体，比热容较大，利于换热，对环境无危害，来源广泛，相对气体压缩相比制冷成本非常小。生产工艺简单。
附图说明
图1是本发明中左端磁工质制热右端磁工质制冷的磁场制冷热交换流体循环示意图；
图2是本发明中换热流体在隔膜泵和蓄水槽循环回流的示意图；
图3是本发明中左端磁工质制冷右端磁工质制热的磁场制冷热交换流体循环示意图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
磁场制冷热交换流体循环系统，包括：磁场系统1、换热器2、散热器3、蓄水槽4、电磁阀5、隔膜泵6；磁场系统1、电磁阀5、隔膜泵6通过外部电源供电，外部电源选用可调式直流电源。
磁场系统1包括两组并联组合的二级磁场，二级磁场包括：磁轭钢筒11、内部磁场12、外部磁场13、磁工质（或者称为磁热效应材料）14，磁工质14套装在内部磁场12的轴心位置，内部磁场12套装在外部磁场13内部，内部磁场12、外部磁场13、安装磁工质14的磁工质床安装在磁轭钢筒11内部；内部磁场12、外部磁场13、磁工质14位于同一个轴线上。
两条换热管路分别连接两个二级磁场的磁工质床，两个磁工质床分别连接在换热器2上。
电磁阀5包括：第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53、第四电磁阀54、第五电磁阀55；
第一电磁阀51、第三电磁阀53通过换热管路串联后连接两条穿过二级磁场的换热管路之间；第二电磁阀52、第四电磁阀54通过换热管路串联后连接两条穿过二级磁场的换热管路之间；第五电磁阀55一端通过换热管路连接在第二电磁阀52、第四电磁阀54之间，另一端连接蓄水槽4。串联后的第一电磁阀51、第三电磁阀53与串联后的第二电磁阀52、第四电磁阀54并联。电磁阀5选用直导式电磁阀。
散热器3的入口通过换热管路连接在第一电磁阀51、第三电磁阀53之间，散热器3的出口通过换热管路连接蓄水槽4。
隔膜泵6的出口通过换热管路连接在第二电磁阀52、第四电磁阀54之间，入口通过换热管路连接蓄水槽4。隔膜泵6用于驱动换热管路内的换热液体流动，蓄水槽4内装有换热液体（水）。
蓄水槽4、换热器2、散热器3设置有温度传感器，温度传感器选用薄膜铂电阻。
通过可编程控制器控制隔膜泵6的启停及电磁阀5的开闭时间，换热流体的循环由五个位于热端的电磁阀5（直导式电磁阀）控制，换热流体经过隔膜泵6的驱动，使左侧的磁工质14中的换热流体经过电磁阀5流入热端的散热器3；换热流体经过隔膜泵6的驱动，使右侧磁工质中的换热流体经过电磁阀5流入冰箱一侧的换热器2，通过热电阻（薄膜铂电阻）测量蓄水槽4、换热器2、散热器3的温度，通过调节电磁阀5的开闭，有效地对换热循环进行管理。
可编程控制器（PLC）控制数据的采集和记忆，连接的触摸屏可以显示实验的实时数据。数据采集点时间间隔根据实验要求设置，但不能小于1秒。可以根据实验要选择大于等于1秒的任意数值。
如图1所示，是本发明中左端磁工质14制热右端磁工质14制冷的磁场制冷热交换流体循环示意图。
左端的磁工质14处在高磁场的等磁场过程，磁工质14温度升高，右端磁场处于低磁场的等磁场过程，内部的磁工质14温度降低。通过可编程控制器控制内部磁场12、外部磁场13相对转动，就可以调节内部的磁工质14所处的磁场强度。
将第一电磁阀51和第四电磁阀54打开，第二电磁阀2、第三电磁阀53和第五电磁阀5阀关闭，换热流体经过隔膜泵6的驱动，使换热流体从第四电磁阀54进入右侧的磁工质床；
流过磁工质14制冷，将冷量带入换热器2；换热器2出来的换热流体进入左侧的磁工质床，流过磁工质14加热，加热后的换热流体进入第一电磁阀51，进入散热器3，将热量带入散热器3。
如图2所示，是本发明中换热流体在隔膜泵和蓄水槽循环回流的示意图。
接下来通过电机控制右端二级磁场的内部磁场12转动，磁场磁通由最小值逐渐增加到最大值，左端磁场磁通由大变小。
左端磁场转向最低磁场，右端磁场转向最高磁场，这段期间要求换热流体不动，要求第一电磁阀51、第四电磁阀54和第二电磁阀52、第三电磁阀53关闭，换热流体通过隔膜泵6直接经过第五电磁阀55回到蓄水槽4。
如图3所示，是本发明中左端磁工质14制冷右端磁工质14制热的磁场制冷热交换流体循环示意图。
接下来通过电机控制二级磁场的内部磁场12转动，左端二级磁场、右端二级磁场分别位于最低磁场和最高磁场，
此时打开第二电磁阀52和第三电磁阀53，第一电磁阀51、第四电磁阀54和第五电磁阀55关闭。
左侧磁场转向高磁场，右侧磁场转向低磁场。如此，保证制得的冷量进入冷端冰箱的换热器2，产生的热量进入热端的散热器3。
通过上述三种方式连续运行，冰箱中的温度逐渐降低，热端温度也略有上升。循环流体采用蒸馏水，循环流体所受的驱动力靠一台隔膜泵6提供。
本发明提供的磁场制冷热交换流体循环系统，通过电机控制内部磁场12转动，在交变磁场中磁工质14产生温差，可编程控制器控制隔膜泵6的启停及电磁阀开闭时间，换热流体的循环由五个位于热端的直导式电磁阀控制，换热流体（蒸馏水）经过隔膜泵6的驱动使左侧磁工质14中的换热流体经过电磁阀5流入热端的散热器3，换热流体经过隔膜泵6的驱动使右侧磁工质14中的换热流体经过电磁阀5流入换热器2，通过热电阻测量蓄水槽4、换热器3及换热器2的温度，磁场制冷热交换流体循环，有效地对热力学循环系统进行管理，大大提高了制冷工作效率。
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 (6)
1.一种磁场制冷热交换流体循环系统，其特征在于，包括：磁场系统、换热器、散热器、蓄水槽、电磁阀、隔膜泵；磁场系统包括两组并联组合的二级磁场，二级磁场包括：磁轭钢筒、内部磁场、外部磁场、磁工质，磁工质套装在内部磁场的轴心位置，内部磁场套装在外部磁场内部，内部磁场、外部磁场、安装磁工质的磁工质床安装在磁轭钢筒内部，内部磁场、外部磁场、磁工质位于同一个轴线上；两条换热管路分别连接两个二级磁场的磁工质床，两个磁工质床分别连接在换热器上；电磁阀包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀；第一电磁阀、第三电磁阀通过换热管路串联后连接在两条穿过二级磁场的换热管路之间；第二电磁阀、第四电磁阀通过换热管路串联后连接在两条穿过二级磁场的换热管路之间；串联后的第一电磁阀、第三电磁阀与串联后的第二电磁阀、第四电磁阀并联；第五电磁阀一端通过换热管路连接在第二电磁阀、第四电磁阀之间，另一端连接蓄水槽；散热器的入口通过换热管路连接在第一电磁阀、第三电磁阀之间，散热器的出口通过换热管路连接蓄水槽；隔膜泵的出口通过换热管路连接在第二电磁阀、第四电磁阀之间，入口通过换热管路连接蓄水槽。
2.如权利要求1所述的磁场制冷热交换流体循环系统，其特征在于，蓄水槽、换热器、散热器设置有温度传感器，温度传感器通过导线连接可编程控制器，电磁阀的控制端通过导线连接可编程控制器。
3.如权利要求1所述的磁场制冷热交换流体循环系统，其特征在于，磁场系统、电磁阀、隔膜泵通过外部电源供电，外部电源选用可调式直流电源，电磁阀选用直导式电磁阀。
4.如权利要求1-3任一项所述的磁场制冷热交换流体循环系统的热循环方法，包括：
通过可编程控制器控制隔膜泵的启停及电磁阀的开闭时间，换热流体的循环由五个位于热端的电磁阀控制，换热流体经过隔膜泵的驱动，使左侧的磁工质中的换热流体经过电磁阀流入热端的散热器；
换热流体经过隔膜泵的驱动，使右侧磁工质中的换热流体经过电磁阀流入换热器。
5.如权利要求4所述的磁场制冷热交换流体循环系统的热循环方法，其特征在于：
通过可编程控制器控制内部磁场、外部磁场相对转动，调节内部的磁工质所处的磁场强度；两个二级磁场中左端的磁工质处在高磁场的等磁场过程，磁工质温度升高；右端磁场处于低磁场的等磁场过程，磁工质温度降低；
将第一电磁阀和第四电磁阀打开，第二电磁阀、第三电磁阀和第五电磁阀阀关闭，换热流体经过隔膜泵的驱动，使换热流体从第一电磁阀进入右侧的磁工质床；
流过磁工质制冷，将冷量带入换热器；换热器出来的换热流体进入左侧的磁工质床，流过磁工质加热，加热后的换热流体进入第一电磁阀，进入散热器，将热量带入散热器。
6.如权利要求5所述的磁场制冷热交换流体循环系统的热循环方法，其特征在于，通过电机控制二级磁场的内部磁场转动，左端二级磁场、右端二级磁场分别位于最低磁场和最高磁场；打开第二电磁阀和第三电磁阀，第一电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀关闭；左侧磁场转向高磁场，右侧磁场转向低磁场，制得的冷量进入冷端冰箱的换热器，产生的热量进入热端的散热器。
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