CN1421661A - 磁流体制冷循环装置 - Google Patents

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连之伟
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

磁流体制冷循环装置是以磁流体的磁热效应原理为基础，以水基磁流体作为工质，通过工质循环达到制冷目的的装置。水基磁流体是由纳米直径的Fe3O4、水和油酸组成。水基磁流体在绝热退磁时温度下降，在绝热加磁时温度上升，由此根据热力学原理设计出磁流体制冷循环装置。该装置主要包括泵、表面式冷却器、线圈、表面式加热器和金属管道，水基磁流体在金属管道内依次通过泵、表面式冷却器、线圈和表面式加热器，从而形成一个有机的循环。载冷剂在表面式加热器中获得冷量提供给用户。本发明具有结构简单、磁流体换热效率高的特点。而且磁流体原材料价格低廉，成本低，适合推广。

Description

磁流体制冷循环装置
技术领域
本发明涉及的是一种制冷循环装置，特别是一种以顺磁材料磁热效应理论为基础，以磁流体作为工质，在室温条件下通过工质循环达到制冷目的的装置。属于制冷与低温工程技术领域。
背景技术
传统压缩制冷技术存在明显的缺陷，即制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。现在大力研究开发的无氟替代制冷剂，基本上可以克服破坏大气臭氧层的缺陷。但由于其工作原理没有改变，所以仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷，而且有的还会产生温室效应等，不是根本解决办法。目前各国正在大力开展磁制冷技术，利用磁热效应原理开发在室温条件下工作的磁制冷机，磁制冷机相比传统制冷技术而言，有结构简单、无环境污染、高效节能等优点。目前美国已经出现室温制冷冰箱样机。
在已有技术中，文献《Magnetocaloric Effect and Magnetic Refrigeration》(Journal ofMagnetism and Magnetic Materials 200(1999)44-56)中提到的磁制冷机采用稀土材料，其工作介质是固体。但是该技术增加了辅助驱动装置，使得系统变得复杂，增加成本，而且稀土材料和蓄冷器之间的换热效率不高。另外磁制冷材料价格也比较昂贵。
发明内容
为克服已有技术的不足和缺陷，本发明利用磁流体的磁热效应(即在绝热退磁时磁性材料温度下降，在绝热加磁时温度上升)原理为基础。再以热力学中循环原理为依据，设计出磁流体制冷循环。最后根据磁流体制冷循环所涉及到的热力过程，设计出磁流体制冷循环装置。
本发明的工作介质是水基磁流体。水基磁流体是由纳米直径的Fe3O4、水和活性剂组成。这种活性剂一般为油酸。磁流体综合了流体和磁性材料的优点：一方面它具有流动性的特点，另一方面也具有磁性材料的特点，包括具有磁热效应。而且磁流体的原材料价格低廉，比昂贵的稀土材料更具有吸引力。
本发明涉及到的热力过程包括：绝热退磁过程，在绝热条件下，磁流体离开磁场，磁场强度下降，导致磁流体温度下降；定压吸热过程，磁流体定压放出冷量给载冷剂；绝热加压过程，通过给磁流体加压，克服管道损失和磁场压头，提供正常循环所需的动力；定温加磁过程，磁流体进入磁场，磁场强度增大，同时磁流体释放热量给冷却水。这些热力过程组成了一个完整的热力循环。
本发明由四个关键设备以及附属设备组成：其中四个关键设备是线圈(或永磁体)、表面式加热器、表面式冷却器、泵；附属设备是金属管道。关键设备由金属管道连接在一起，磁流体通过管道依次流过关键设备，从而形成一个有机的整体。其中线圈的作用是提供磁场。当磁流体流向线圈时，磁场增强；磁流体离开线圈时，磁场减弱。泵的作用是给磁流体加压，提供正常循环所需的动力。
从泵出来的磁流体进入表面式冷却器的管程，在表面式冷却器中磁场强度由上到下增强，这时磁流体是一个加磁过程，温度上升。同时冷却水进入表面式冷却器的壳程，与磁流体交换热量。在冷却水和磁场的共同作用下，磁流体的温度基本保持不变。磁流体流过线圈形成的空间内部时，磁场强度是一个常数，因此磁流体温度仍保持不变。当磁流体通过线圈下部与表面式加热器上部之间的管道时，磁场强度由上到下减弱，磁流体是一个绝热退磁过程，温度下降。之后，磁流体进入表面式加热器的管侧，与壳侧的载冷剂交换热量，温度升高。载冷剂根据实际应用场合可以采用盐水等常规载冷剂。最后磁流体通过泵增加压头后，送入表面式冷却器完成一个循环。载冷剂在表面式加热器中获得冷量，然后提供给用户。
本发明具有结构简单、磁流体换热效率高的特点。而且磁流体原材料价格低廉，成本低，适合推广。
附图说明
图1是磁流体制冷循环装置示意图。
图中1是泵，2是表面式冷却器，3是线圈，4是表面式加热器，5是金属管道。
具体实施方法
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，本发明主要由泵1、表面式冷却器2、线圈3、表面式加热器4和金属管道5组成。金属管道5内的工作介质是水基磁流体，水基磁流体在金属管道5内依次通过泵1、表面式冷却器2、线圈3、表面式加热器4，从而形成一个有机的循环。金属管道5采用铝管，表面式冷却器2和表面式加热器4内部的管程采用铜管。
泵1出口通过金属管道5与表面式冷却器2的管程进口相连。表面式冷却器2的管程出口通过金属管道5与表面式加热器4的管程进口相连，在表面式冷却器2的管程出口处安装一个中空环形线圈3，金属管道5穿过线圈3。线圈3的上部紧靠表面式冷却器2，线圈3的下部与表面式加热器4的上部相距0.5m。表面式加热器4的管程出口通过金属管道5与泵1的进口相连。
从泵1出来的磁流体进入表面式冷却器2的管程，在表面式冷却器2中磁场强度由上到下增强，这时磁流体是一个加磁过程，温度上升。同时冷却水进入表面式冷却器2的壳程，与磁流体交换热量。在冷却水和磁场的共同作用下，磁流体的温度基本保持不变。磁流体流过线圈3形成的环形空间时，磁场强度是一个常数，因此磁流体温度仍保持不变。当磁流体通过线圈3下部与表面式加热器4上部之间的金属管道时，磁场强度由上到下减弱，磁流体是一个绝热退磁过程，温度下降。之后，磁流体进入表面式加热器4的管侧，与壳侧的载冷剂交换热量，温度升高。最后磁流体通过泵1增加压头后，送入表面式冷却器2完成一个循环。

Claims (3)

1.一种磁流体制冷循环装置，主要包括泵(1)、表面式冷却器(2)、线圈(3)、表面式加热器(4)、金属管道(5)，其特征在于磁流体制冷循环装置的工作介质是水基磁流体，水基磁流体在金属管道(5)内依次通过泵(1)、表面式冷却器(2)、线圈(3)、表面式加热器(4)，从而形成一个有机的循环，泵(1)出口通过金属管道(5)与表面式冷却器(2)的管程进口相连，表面式冷却器(2)的管程出口通过金属管道(5)与表面式加热器(4)的管程进口相连，在表面式冷却器(2)的管程出口处安装一个中空环形线圈(3)，金属管道(5)穿过线圈(3)，线圈(3)的上部紧靠表面式冷却器(2)，线圈(3)的下部与表面式加热器4的上部相距0.5m，表面式加热器(4)的管程出口通过金属管道(5)与泵(1)的进口相连。
2.由权利要求1所述的磁流体制冷循环装置，其特征还在于水基磁流体是由纳米直径的Fe3O4、水和油酸组成。
3.由权利要求1所述的磁流体制冷循环装置，其特征还在于金属管道(5)采用铝管，表面式冷却器(2)和表面式加热器(4)内部的管程采用铜管。
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