CN112797665A - 一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳 - Google Patents

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Abstract

一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，涉及一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳。本发明为了解决现有磁制冷机蓄热器换热面热损耗多，编织体、网状结构相变工质无相匹配的蓄热器外壳，同时现有蓄热器相变材料热量分布不均，无法实现高效制冷，制冷温区小，以及流体入口和出口处相变材料过热、过冷导致磁制冷设备使用寿命过短的问题。它由密封上盖、流体入口、壳体、保温层、换热流体通道、流体出口和制冷工质卡具组成。本发明用于磁制冷机蓄热器的外壳。

Description

一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳
技术领域
本发明涉及一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳。
背景技术
磁制冷技术是一种绿色环保、高效节能、可持续的制冷方法，磁制冷机的核心组成部分是蓄热器设计，当使用固体物质作为制冷工质材料时，磁性制冷机可以建造得更紧凑。相变式蓄热器作为一种储能装置，主要是利用制冷工质在磁场下加磁和退磁后产生的吸热和放热。蓄热器具有储热密度大，工作温区稳定，工作机理简单等优点，但是蓄热器通常都存在蓄热效率低，蓄热温区小，蓄热器放热吸热速度慢，由于相变制冷工质温区较小导致的温度严重分层和局部过冷或过热。该发明主要是针对编织体结构相变材料配合换热流体，设计出匹配的蓄热器外壳，并且为满足多层复合编织体或网状相变材料温度分层，增加制冷温区等需求。本发明设计了灵活的可拆卸卡具，可以根据需要调节层与层之间的距离以及复合层编织体的层数，同时避免了原有蓄热器中单独设计换热面，使得换热管道的热量损耗，以及不必要结构的加入使得热量传导受阻。
现有的相变蓄热器多为增加相变换热接触面或者增加管道等方法，使得相变材料储能最有效转化。但这些方法无法明显减小换热面损耗，同时当热流体从蓄热器入口端流入使得热量集中于热端，低温度流体从从蓄热器出口端流出，热端的相变材料与冷端的相变材料单一无法形成分层制冷，不但降低了磁制冷机寿命，同时降低制冷效率，本发明蓄热器壳体装卸简单，调节容易便捷同时满足相变材料分层的需求。
制冷工质进入磁场中磁有序，磁熵减小，放热，热量通过循环系统带到外部空间；制冷工质离开磁场中时，磁无序，磁熵增加，通过循环系统从环境中吸收热量。整个制冷过程中的核心是制冷工质和蓄热器结构。
发明内容
本发明为了解决现有磁制冷机蓄热器换热面热损耗多，编织体、网状结构相变工质无相匹配的蓄热器外壳，同时现有蓄热器相变材料热量分布不均，无法实现高效制冷，制冷温区小，以及流体入口和出口处相变材料过热、过冷导致磁制冷设备使用寿命过短的问题，提出一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳。
本发明编织体结构磁制冷机蓄热器外壳由密封上盖、流体入口、壳体、保温层、换热流体通道、流体出口和制冷工质卡具组成，所述壳体的内侧设置有保温层，所述壳体长度方向的两侧分别设置有流体入口和流体出口，所述壳体的上部设置有密封上盖，所述壳体的内腔形成换热流体通道，所述壳体的底面沿流体流动方向横置有若干制冷工质卡具。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的编织体、网状结构磁相变蓄热器外壳，采用编织网作为卡具，降低蓄热器结构与磁相变材料连接处对流体的阻碍作用，减少热传导损失。
2、本发明蓄热器外壳采用的可拆卸卡具，可以根据编织体层数、种类和距离需求灵活调节，并根据需要拆卸和添加。
3、本发明蓄热器外壳和磁相变制冷工质制备成的编织体结构组成一个完整结构，不需要另外的换热面减少了不必要的热量损耗。
4、本发明网状编织体结构是通过夹入的方式和蓄热器外壳组合成一个整体，减少了如颗粒状制冷工质粘结剂的使用降低制冷效率，和使用寿命。
5、本发明由于流体与磁相变制冷工质直接接触，可以实现高效相应制冷，提高了换热效率，同时降低了换热不均匀，制冷区间狭小等问题。
附图说明：
图1为编织体结构磁制冷机蓄热器外壳的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的侧面剖视图。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式编织体结构磁制冷机蓄热器外壳由密封上盖1、流体入口2、壳体3、保温层4、换热流体通道5、流体出口6 和制冷工质卡具7组成，所述壳体3的内侧设置有保温层4，所述壳体3长度方向的两侧分别设置有流体入口2和流体出口6，所述壳体3的上部设置有密封上盖1，所述壳体3 的内腔形成换热流体通道5，所述壳体3的底面沿流体流动方向横置有若干制冷工质卡具 7。
本实施方式的蓄热器相变材料放热过程，磁相变制冷工质在外加磁场下，磁有序，磁熵变小，编织体制冷工质放热，低温的换热流体从蓄热器右端流入，流过纤维编织结构间隙，高温的磁相变材料把热量传递给流体，升温后的流体从蓄热器左端流出，实现放热过程。
本实施方式的蓄热器相变材料储热过程，磁相变制冷工质离开外加磁场，磁无序，磁熵变大，编织体制冷工质吸热，高温的换热流体从蓄热器左侧流入，流过纤维编织结构间隙，高温的流体把热量传递给低温磁相变材料，降温后的流体从蓄热器右端流出，实现吸热过程。
换热流体通道与纤维编织体组成了流体流通空隙，形成直接换热面，当纤维编织体磁相变制冷工质，在蓄热器壳外加磁铁产生磁场时，磁相变纤维材料磁有序磁熵变小放热，磁制冷工质的热量传向流体，此时的低温流体从右侧流体入口流入，左侧流体出口流出，通过循环系统将热量带到外部。当纤维编织体磁相变制冷工质，在蓄热器壳体外撤掉磁铁离开磁场时，磁相变纤维材料磁无序磁熵变大吸热，流体的热量流向磁制冷工质，此时的高温流体从左侧流体出口流入，右侧流体入口流出，通过循环系统将环境热量吸收。
本实施方式设置保温层的目的是为了减少热量损失。
本实施方式将磁相变蓄热器外壳的卡具设计为可拆卸网状结构，满足多层复合制冷编织体结构的安装，增加制冷区间，避免磁相变材料单一产生的分层现象。
本实施方式采用夹入式结合卡具和磁相变编织体，较少粘结剂产生的受热不均换热不充分，同时减少流体经常冲刷使用寿命降低的问题。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述制冷工质卡具7为可拆卸卡具。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述制冷工质卡具7 上夹持网状编织体结构磁制冷工质。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述编织体结构磁制冷机蓄热器外壳还包括卡具固定螺丝8和卡具固定备用螺丝孔9，用以固定制冷工质卡具7。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式蓄热器外壳设有可拆卸卡具，可根据需要装卸卡具个数、调节卡具距离。同时每个卡具适用网状制成，减少流体经过网状编织体结构磁制冷工质的阻碍压力阻碍，以及热应力损耗。当网状编织体结构制冷工质夹入卡槽中后，相变蓄热器外壳与相变材料以及换热管道就连接成为一体，可以有效解决结构热损耗，根据制冷温区放入相应接近温区相变制冷材料可以有效解决温度分布不均，冷热端过冷和过热降低寿命等问题。
由于换热管道形成在磁相变蓄热器壳体内，当安装上网状编织体结构制冷工质后，便与换热管道就连接成一体，能够减少结构热量损耗和局部流体传热不均匀。制冷工质选择纤维结构制成，天然的比面积较大，使得更好换热和制冷，纤维和纤维之间编织的空隙可以使流体通过产生换热，避免粘结剂和其他方法连接制冷相变材料的方法热量损耗。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述网状编织体结构磁制冷工质的侧边与保温层4的内壁贴合。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述制冷工质卡具7为网状编织体结构。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
本实施方式能够减少流体流动时产生阻碍作用。
本实施方式利用平螺丝固定减少对流体阻碍，卡具选用网状结构可以流体通过，无序用粘结剂就可以与纤维编织体结构单元夹住固定，形成完整纤维编织体与换热流体通道5 结合的一体液体流动缝隙，可以实现较大比表面积换热。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述网状编织体结构磁制冷工质选择磁相变制冷固体材料。其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
该材料在使用前需制备成网状编织体结构。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述密封上盖1、壳体3和保温层4的相应连接处利用涂料密封。其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
本实施方式可以使得该内部空间绝热状态，增加换热效率，减少热量损失。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述网状编织体结构磁制冷工质的制备方法是按照以下步骤进行的：
1)、将磁制冷合金母合金铸锭进行熔炼，铸成母合金预制棒；所述的母合金铸锭的成分为La1.12Fe11.6Si1.4；
2)、将熔炼好的母合金预制棒放置于氮化硼坩埚内，母合金预制棒下方用氮化硼圆柱棒固定，调整好坩埚放置位置使金属锟轮边缘正对坩埚中心，金属锟轮为中间厚边缘薄的楔形结构，待锟轮运行平稳后开启感应加热线圈，设置纤维成型工艺参数，纤维成型工艺参数为：感应线圈加热电流为21～23A，锟轮线速度为25～35m/s，母合金进料速度为3～5×10-5m/s；
3)、利用转动的楔形结构金属锟轮边缘在熔池中蘸取熔融状态的合金液，合金液熔融时上端形成近球面，调整合金熔池高度，采用熔体抽拉法，使金属辊轮抽拉熔融状态合金熔体，合金熔体以10～80μm/s的进给速率向金属辊轮方向移动，在106K/s的冷却速率进行冷却，形成直径只有30～80μm纤维丝；
4)、将纤维丝放入充满保护气体的密封石英管中，然后将石英管加热至1373K，并且在1373K下保温5h，保温结束后水冷至室温，使纤维进行淬火处理，得复合编织纤维，淬火后的纤维丝编织成多层网状结构的编织体，作为网状编织体结构磁制冷工质。其他步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
编织体结构磁制冷机蓄热器外壳由密封上盖1、流体入口2、壳体3、保温层4、换热流体通道5、流体出口6和制冷工质卡具7组成，所述壳体3的内侧设置有保温层4，所述壳体3长度方向的两侧分别设置有流体入口2和流体出口6，所述壳体3的上部设置有密封上盖1，所述壳体3的内腔形成换热流体通道5，所述壳体3的底面沿流体流动方向横置有若干制冷工质卡具7。
所述制冷工质卡具7为可拆卸卡具。所述制冷工质卡具7上夹持网状编织体结构磁制冷工质。所述编织体结构磁制冷机蓄热器外壳还包括卡具固定螺丝8和卡具固定备用螺丝孔9，用以固定制冷工质卡具7。所述网状编织体结构磁制冷工质的侧边与保温层4的内壁贴合。所述制冷工质卡具7为网状编织体结构。所述网状编织体结构磁制冷工质选择磁相变制冷固体材料。所述密封上盖1、壳体3和保温层4的相应连接处利用涂料密封。
本实施例提出的编织体、网状结构磁相变蓄热器外壳，采用编织网作为卡具，降低蓄热器结构与磁相变材料连接处对流体的阻碍作用，减少热传导损失。
本实施例蓄热器外壳采用的可拆卸卡具，可以根据编织体层数、种类和距离需求灵活调节，并根据需要拆卸和添加。
本实施例蓄热器外壳和磁相变制冷工质制备成的编织体结构组成一个完整结构，不需要另外的换热面减少了不必要的热量损耗。
本实施例网状编织体结构是通过夹入的方式和蓄热器外壳组合成一个整体，减少了如颗粒状制冷工质粘结剂的使用降低制冷效率，和使用寿命。
本实施例由于流体与磁相变制冷工质直接接触，可以实现高效相应制冷，提高了换热效率，同时降低了换热不均匀，制冷区间狭小等问题。

Claims (9)

1.一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于编织体结构磁制冷机蓄热器外壳由密封上盖(1)、流体入口(2)、壳体(3)、保温层(4)、换热流体通道(5)、流体出口(6)和制冷工质卡具(7)组成，所述壳体(3)的内侧设置有保温层(4)，所述壳体(3)长度方向的两侧分别设置有流体入口(2)和流体出口(6)，所述壳体(3)的上部设置有密封上盖(1)，所述壳体(3)的内腔形成换热流体通道(5)，所述壳体(3)的底面沿流体流动方向横置有若干制冷工质卡具(7)。
2.根据权利要求1所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述制冷工质卡具(7)为可拆卸卡具。
3.根据权利要求2所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述制冷工质卡具(7)上夹持网状编织体结构磁制冷工质。
4.根据权利要求1所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述编织体结构磁制冷机蓄热器外壳还包括卡具固定螺丝(8)和卡具固定备用螺丝孔(9)，用以固定制冷工质卡具(7)。
5.根据权利要求3所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述网状编织体结构磁制冷工质的侧边与保温层(4)的内壁贴合。
6.根据权利要求2所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述制冷工质卡具(7)为网状编织体结构。
7.根据权利要求3所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述网状编织体结构磁制冷工质选择磁相变制冷固体材料。
8.根据权利要求1所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述密封上盖(1)、壳体(3)和保温层(4)的相应连接处利用涂料密封。
9.根据权利要求7所述的一种编织体结构磁制冷机蓄热器外壳，其特征在于所述网状编织体结构磁制冷工质的制备方法是按照以下步骤进行的：
1)、将磁制冷合金母合金铸锭进行熔炼，铸成母合金预制棒；所述的母合金铸锭的成分为La1.12Fe11.6Si1.4；
2)、将熔炼好的母合金预制棒放置于氮化硼坩埚内，母合金预制棒下方用氮化硼圆柱棒固定，调整好坩埚放置位置使金属锟轮边缘正对坩埚中心，金属锟轮为中间厚边缘薄的楔形结构，待锟轮运行平稳后开启感应加热线圈，设置纤维成型工艺参数，纤维成型工艺参数为：感应线圈加热电流为21～23A，锟轮线速度为25～35m/s，母合金进料速度为3～5×10-5m/s；
3)、利用转动的楔形结构金属锟轮边缘在熔池中蘸取熔融状态的合金液，合金液熔融时上端形成近球面，调整合金熔池高度，采用熔体抽拉法，使金属辊轮抽拉熔融状态合金熔体，合金熔体以10～80μm/s的进给速率向金属辊轮方向移动，在106K/s的冷却速率进行冷却，形成直径只有30～80μm纤维丝；
4)、将纤维丝放入充满保护气体的密封石英管中，然后将石英管加热至1373K，并且在1373K下保温5h，保温结束后水冷至室温，使纤维进行淬火处理，得复合编织纤维，淬火后的纤维丝编织成多层网状结构的编织体，作为网状编织体结构磁制冷工质。
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