[發明專利]一種用于室溫磁制冷機的主動式回熱器

無效

• 申請號: 201410071003.4
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103822412A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 巫江虹;劉超鵬;黃一鶴
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F25B40/06
• 分類號: F25B40/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

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技術領域

本發明專利涉新型制冷技術技術領域，具體涉及一種用于室溫磁制冷機中關鍵部件主動式回熱內部強化換熱技術。

背景技術

能源是人類賴以生存的基礎，隨著世界一次能源消費量的不斷增加，降低能耗、利用自然能源已成為科學研究的重要方向。隨著人們生活水平的提高，制冷技術已經走進千家萬戶。磁制冷技術是以磁熱效應（Magnetocaloric?Effect,?MCE）為基礎的一種新型的制冷技術。與傳統的蒸汽壓縮式制冷相比，磁制冷憑借其環保、高效的優勢，被視為最有潛力替代傳統蒸汽壓縮制冷循環的技術之一。從機械可靠性和緊湊性來說，磁制冷采用永磁體提供磁場且運轉頻率低，機械震動少、工作噪音小、機械可靠性高，壽命長。并且由于磁熵密度比氣體大，所以制冷裝置的結構能變得更加緊湊、安全。從能源利用率方面考慮，傳統蒸汽壓縮機的熱效率僅能達到卡諾循環的5%~10%，而磁制冷循環卻能達到30%~60%，節能效果顯著。因此，磁制冷技術有相當良好的應用前景。各國的科研人員都對磁制冷技術開展了廣泛的研究。當然，一臺性能卓越的室溫磁制冷機主要由以下幾大部分組成：高磁場強度磁場源，設計合理的主動式回熱器，高效的換熱流體回路和高低溫熱源換熱器。

而本發明專利旨在提高室溫磁制冷關鍵部件主動式回熱器換熱性能。由于現階段，以碎屑或者球狀磁熱性工質為主要堆棧形式的主動式回熱器，磁熱性工質所形成的多空介質骨架間的流動通道容易出現流動死區而且通道彎曲較大。當換熱流體通過多孔介質時，出現流動阻力大，溫度分布不均勻等現象。極大削弱換熱流體與磁熱性工質間的液固間傳熱效能。因而，室溫磁制冷機為了讓換熱流體充分帶出磁熱性工質加磁/退磁時的熱量/冷量，一直處于較低頻率運轉，限制其單位之間內制冷量的提高。另外，由于磁熱性工質采用的稀土金屬性質活潑，當換熱流體采用去離子水或者水-乙醇混合物時，較為活潑的磁熱性工質表面產生氧化層。影響其磁化和去磁過程的同時，在冷熱流動過程中，增加磁熱性工質與換熱流體間的熱阻，影響傳熱效能。隨著室溫磁制冷機使用時間的增加，上述氧化現象加劇，磁制冷機性能急劇下降。

發明內容

為了解決上述中存在的問題與缺陷，本發發明的目的在于提供一種主動式回熱器，其適用于采用不同居里溫度的磁熱性工質的室溫磁制冷機，克服現有技術層面上的缺點和不足：引入有機低沸點工質作為換熱流體，旨在提高主動式回熱器內部傳熱效能，減少磁制冷機中冷熱流動的時間和降低換熱流體泵耗功，提高機器運轉頻率、提升單位時間的制冷量或者制熱量的同時減少換熱流體對磁熱性工質腐蝕。

本專利通過下述技術方案實現：

一種用于室溫磁制冷機的主動式回熱器，包括絕熱殼體以及設置在絕熱殼體內的磁熱性工質床層，所述磁熱性工質床層內沿長度方向呈直線均勻設置有相互平行的、用于流經換熱流體的細微通道，所述換熱流體為R410a、R134a、R407c或R290。也可以是其他加壓后沸騰溫度在20℃~30℃的低沸點流體。

本發明通過在磁熱性工質床層設置直線貫通的細微通道及采用環保的低沸點換熱工質，，降低流動阻力，有效防止對磁熱性工質的腐蝕氧化，增強換熱效能的同時縮短冷熱流動的換熱時間，從而提高機器的運轉頻率。

進一步地，所述絕熱殼體以及設置在絕熱殼體內的磁熱性工質床層的橫截面輪廓為矩形。

進一步地，所述細微通道橫截面輪廓為矩形，水力直徑為0.1mm~3mm。

進一步地，所述細微通道之間的間距為0.1mm~3mm。

進一步地，所述絕熱殼體以及設置在絕熱殼體內的磁熱性工質床層的橫截面輪廓為圓形。

進一步地，所述細微通道橫截面輪廓為圓形，水力直徑為0.1mm~3mm。

進一步地，所述絕熱殼體的兩端設置有橫截面輪廓呈矩形的導流板，所述導流板上均勻設置有與細微通道一一對應且形狀相同的矩形孔，使得換熱流體能均勻流過各細微通道，提高換熱效率。

進一步地，所述絕熱殼體的兩端設置有橫截面輪廓呈圓形的導流板，所述導流板上均勻設置有與細微通道一一對應且形狀相同的圓形孔，使得換熱流體能均勻流過各細微通道，提高換熱效率。

當主動式回熱器進入磁場后，回熱器內部磁熱性工質瞬間被磁化后溫度上升。低沸點換熱流體以飽和液態的狀態進入高溫回熱器。低溫飽和的換熱流體吸收磁熱性工質的熱量后，蒸發進入氣液兩相態直至飽和氣態。由于本發明提供的主動式回熱器不再采用堆棧形式形成多孔介質結構，而是采用矩形或者圓形的微通道結構。并且磁熱性工質與換熱流體間采用強制對流沸騰換熱，換熱效能得到大幅度提高的同時，流動阻力進一步減少。