[實用新型]一種磁制冷換熱器和制冷制熱系統

有效

• 申請號: 201921847234.4
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN210951952U
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 藺新星;尹立坤;湯鵬
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;F25B39/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本實用新型公開了一種磁制冷換熱器和制冷制熱系統，它包括矩形換熱器，所述矩形換熱器包括換熱器殼體，所述換熱器殼體的內部安裝有裝填了磁工質的毛細管矩陣，在換熱器殼體的兩端安裝有蓋板并將毛細管矩陣封裝在其內部；兩側蓋板或上換熱器殼體的上沿根據換熱器內不同流程加工有用于進氣和排氣的第一通孔；兩側蓋板或上換熱器殼體的下沿加工有用于流通載熱、載冷流體的第二通孔和第三通孔。以提高換熱器可靠性及通用性強化換熱效率為目的。

技術領域

本實用新型涉及用于磁制冷裝置領域，特別涉及一種集封裝與強化傳熱一體的磁制冷換熱器和制冷制熱系統及方法。

背景技術

制冷技術伴隨人類生產生活的方方面面，傳統氣體壓縮式制冷技術是目前最為成熟、應用最為廣泛的制冷技術。近年來，世界各國對控制溫室氣體排放和臭氧層破壞等問題逐漸達成共識。根據蒙特利爾協定，各簽約方需逐漸替代和淘汰含氟工質。但現階段新型工質的環保、安全問題與循環效率依然難以兼顧。磁制冷作為一種新型的制冷技術，是利用某些材料磁熱效應明顯的特征（在外部磁場的作用下升溫放熱反之降溫吸熱），進行制冷的過程。在絕熱條件下，磁工質出現高溫時利用載熱流體將熱量進行儲運，磁工質出現低溫時利用載冷流體將冷量進行儲運，如此往復循環，冷量和熱量會分別在冷端和熱端進行積累，當負荷與制冷量相匹配時就形成了一個相對穩定的制冷過程。

為實現連續、穩定的磁制冷過程，需要施加于磁工質上的勵磁磁場發生周期性變化，根據勵磁磁場的本身特點，磁制冷循環的建立也隨之變化，但磁制冷換熱器（磁工質載體）是其中的共性問題。勵磁方式可分為超導磁體勵磁、電勵磁和永磁體勵磁，這幾種勵磁方式各有優劣，就目前來看永磁勵磁方式綜合性能較優。以永磁勵磁制冷為例，根據勵磁體與磁工質的相對運動方式分為旋轉式和往復式兩種主要形式，因而由于相對運動形式和外形的不同，磁工質的裝填和流道設計需進行相應的調整，采用簡單的薄片或顆粒堆砌的方式普適性不足，容易出現系統阻力過大等問題。

從前磁制冷技術主要應用于液氫的制備等深冷領域，這是由于常規磁工質一般在較低的溫度區間才能保證較高的磁熵變（順磁體在20K以下磁熱效應較強，而鐵磁體也需要在接近居里點時有較強的磁熵變，且居里點較低）。隨著發現了鑭系稀土金屬釓在室溫附近有較大磁熱效應，以及隨后發現的釓硅鍺合金的巨磁熱效應，室溫磁制冷技術有了發展的基礎。在美國專利US5743095中披露的Gd-Si-Ge合金，可同時應用于低溫磁制冷和室溫磁制冷過程。目前，為保證換熱效果，一般采用磁熱材料（薄片、或粉末）與載冷（熱）流體直接接觸方式，不管是預制成型還是安裝網狀格柵都難免造成磁工質的腐蝕或流失，因此解決強化換熱與磁工質封裝之間的矛盾是本實用新型要重點解決的技術問題。

授權號為CN1242228C和申請號為CN201780002992的兩個專利分別介紹了板式和管式的磁工質封裝工藝，并涉及相關換熱設備。前者是在0.02mm的紫銅薄膜之間填充磁熱材料粉末若不進行鍛壓處理使工質本身產生足夠的強度，薄膜本身難以有足夠的強度作為顆粒支撐顆粒物的骨架。后者將釓或合金棒作為內芯包裹銅管，并軋制成為2.6mm的線材。但是釓尤其復合材料的延展性難與銅相匹配，軋制過程中可能出現空心、磁工質芯體外漏列管強度不足等情況，且該專利涉及的換熱器未做詳細描述，列管布局，流道，排氣等問題均不涉及。

現階段磁制冷換熱器磁芯主要為板式、列管式和顆粒幾種，一般整體的孔隙度在0.4~0.6這一區間，不論哪種形式都會形成微通道換熱情況，尤其是顆粒式在充填過程中最容易出現毛細作用使換熱器阻力變大。且換熱器換熱管道內會出現存液問題，這樣造成了磁芯熱量或者冷量的損失，隨著磁制冷技術逐漸成熟，磁制冷換熱器內的熱容量將大到不可忽視的程度。因而換熱器的合理設計及運行將直接關系到磁制冷效率。

實用新型內容

為解決磁制冷系統中較為普遍的強化換熱與磁工質封裝之間的矛盾，以提高換熱器可靠性及通用性強化換熱效率為目的，本實用新型提供了一種新型帶有磁制冷工質封裝的通用換熱器。