CN103759463B - 室温磁制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种室温磁制冷系统，磁液体制冷工质经第一循环泵驱动至换热器，并被磁系磁化，热交换流体经第二循环泵驱动至冷凝器，经冷凝器冷凝后流动至换热器，热交换流体在换热器吸收磁液体制冷工质磁化后释放的热量并返回至第二循环泵；磁液体制冷工质在换热器内经热交换流体冷却后，再进入蒸发器后返回至第一循环泵，在循环过程中，磁液体制冷工质在流经磁场时，切割磁力线产生电流为蓄电电源供电。本发明提供的室温磁制冷系统，以磁液体作为制冷工质，可以采取泵输运，方便流程布置，实现磁制冷效果；同时，通过磁液体制冷工质在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电，可用于驱动循环泵工作。
Description
技术领域
本发明属于低温与制冷技术领域，涉及一种制冷循环系统，特别是涉及一种室温磁制冷系统。
背景技术
目前，制冷技术主要有氟利昂制冷、半导体制冷和磁制冷三种。氟利昂制冷技术应用较早，但它存在对大气的破坏、污染和能耗较高的缺陷，已逐渐淘汰；半导体制冷技术虽然较为成熟，但是其制冷效率低，一般只适合规模较小的制冷场合；磁制冷是目前发展较快的一种制冷技术，主要包括采用固体磁制冷材料的磁制冷技术和采用液体磁制冷材料的磁制冷技术。固体磁制冷材料在热交换时，不可能像液体或气体的热交换那样通过管道化来实现，而只能通过液体或气体来实现。这时，一方面需要热交换液与固体磁制冷材料之间有尽可能大的接触面积，另一方面要求热交换液尽可能流畅地通过固体磁制冷材料，这样一来，在制冷床中，要求把固体磁制冷材料做成小球状或者网状或者细管状。这不但使制冷床的结构复杂化，而且热交换液通过制冷床时产生液差而损耗能量。况且，为了使制冷床的运动与热交换液的流动同步，制冷机及其控制系统复杂化。用磁液体制冷材料代替固体磁制冷材料可以实现热交换的管道化，从而解决以上困难。
专利ZL02143636.3公开了磁液体磁制冷的冷反馈系统，该专利的磁液体循环管路一端与制冷床热端相连接，另一端穿过热交换室形成回路，所以磁液体磁制冷技术的冷反馈系统的热交换效率比较低。
发明内容
本发明的目的是：提供一种室温磁制冷系统，该室温磁制冷系统能够实现高效的低温制冷。
本发明的技术方案是：
一种室温磁制冷系统，包括磁系、换热器、蒸发器、第一循环泵、第二循环泵、冷凝器和蓄电电源；
所述换热器置于所述磁系中，所述换热器的第一出口连接于所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接于所述第一循环泵的入口，所述第一循环泵的出口连接于所述换热器的第一入口构成磁制冷循环回路；
所述换热器的第二出口连接于所述第二循环泵的入口，所述第二循环泵的出口连接于所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口与所述换热器的第二入口连接构成散热循环回路；
其中，磁液体制冷工质经所述第一循环泵驱动至所述换热器，并被所述磁系磁化，所述热交换流体经所述第二循环泵驱动至所述冷凝器，经所述冷凝器冷凝后流动至所述换热器，所述热交换流体在所述换热器内吸收所述磁液体制冷工质磁化后释放的热量并返回至所述第二循环泵；所述磁液体制冷工质经所述磁系磁化同时在所述换热器内被所述热交换流体冷却后，再进入所述蒸发器后返回至所述第一循环泵；
所述蓄电电源的正负极分别电性连接于所述换热器的第一出口和第一入口，所述磁液体制冷工质在流经所述磁系时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
下面对上述技术方案进一步解释：
所述磁液体制冷工质由磁性粉末和液态基液混合组成；
所述磁性粉末为居里温度为室温附近的稀土金属、或由稀土金属组成的合金、或稀土金属组成的化合物；
所述液态基液为熔点为室温的液态金属、或由液态金属组成的合金、或由液态金属组成的化合物，所述液态金属在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
所述磁性粉末包含但不局限于以下一系列材料：Ce6Ni2Si3、RCoSi、Er3Co、A3Ni2、B3Co、TbPdAl、ErSi、LaFe13-xSix,(La,Pr)Fe13-xSix、(La,Nd)Fe13-xSix、LaFe13-xSixCy、La0.5Pr0.5Fe10.7Co0.8Si1.5C0.2、La(Fe,Co)13–xAlx、Tb6Co1.67Si3、Gd6Co1.67Si3、Gd、GdSix、其中，R为Pr、Nd、Gd、Tb中的一种，A为Er,Ho中的一种，B为Ho,Dy中的一种；
所述液态基液包含但不局限于以下一系列材料：Ga，Ga-In合金，Ga-Sn合金，Ga-Zn合金，Ga-In-Sn合金，Ga-In-Zn合金，Ga-In-Sn-Zn合金，NaK合金和伍德合金。
所述热交换流体为水或者醇类的水混合物，所述醇类为一元饱和醇、二元饱和醇。
本发明另一技术方案是：
一种室温磁制冷系统，包括磁系、第一换热器、第二换热器、蒸发器、第一循环泵、第二循环泵、冷凝器和蓄电电源；
所述第一换热器置于所述磁系，所述第一换热器的第一出口连接于所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接于所述第二换热器的第一入口，所述第二换热器的第一出口连接于所述第一循环泵的入口，所述第一循环泵的出口连接于所述第一换热器的第一入口构成磁制冷循环回路；
所述第一换热器的第二出口连接于所述第二循环泵的入口，所述第二循环泵的出口连接于所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口与所述第二换热器的第二入口连接，所述第二换热器的第二出口与所述第一换热器的第二入口连接构成散热循环回路；
其中，磁液体制冷工质经所述第一循环泵驱动至所述第一换热器，并被所述磁系磁化，所述热交换流体经所述第二循环泵驱动至所述冷凝器，经所述冷凝器冷凝后经所述第二换热器流动至所述第一换热器，所述热交换流体在所述第一换热器内吸收所述磁液体制冷工质磁化后释放的热量后返回至所述第二循环泵；所述磁液体制冷工质在所述第一换热器内经所述热交换流体冷却后，再进入所述蒸发器和所述第二换热器后返回至所述第一循环泵；
所述蓄电电源的正负极分别电性连接于所述第一换热器的第一出口和第一入口，所述磁液体制冷工质在流经所述磁系时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
下面对上述技术方案进一步解释：
所述磁液体制冷工质由磁性粉末和液态基液混合组成；
所述磁性粉末为居里温度为室温附近的稀土金属、或由稀土金属组成的合金、或稀土金属组成的化合物；
所述液态基液为熔点为室温的液态金属、或由液态金属组成的合金、或由液态金属组成的化合物，所述液态金属在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
所述磁性粉末包含但不局限于以下一系列材料：Ce6Ni2Si3、RCoSi、Er3Co、A3Ni2、B3Co、TbPdAl、ErSi、LaFe13-xSix,(La,Pr)Fe13-xSix、(La,Nd)Fe13-xSix、LaFe13-xSixCy、La0.5Pr0.5Fe10.7Co0.8Si1.5C0.2、La(Fe,Co)13–xAlx、Tb6Co1.67Si3、Gd6Co1.67Si3、Gd、GdSix、其中，R为Pr、Nd、Gd、Tb中的一种，A为Er,Ho中的一种，B为Ho,Dy中的一种；
所述液态基液包含但不局限于以下一系列材料：Ga，Ga-In合金，Ga-Sn合金，Ga-Zn合金，Ga-In-Sn合金，Ga-In-Zn合金，Ga-In-Sn-Zn合金，NaK合金和伍德合金。
所述热交换流体为水或者醇类的水混合物，所述醇类为一元饱和醇、二元饱和醇。
采用上述技术方案，本发明的优点在于：
本发明提供的室温磁制冷系统，其中，磁液体制冷工质经所述第一循环泵驱动至所述换热器，并被所述磁系磁化，所述热交换流体经所述第二循环泵驱动至所述冷凝器，经所述冷凝器冷凝后流动至所述换热器，所述热交换流体在所述换热器内吸收所述磁液体制冷工质磁化后释放的热量并返回至所述第二循环泵；所述磁液体制冷工质在所述换热器内经所述热交换流体冷却后，再进入所述蒸发器后返回至所述第一循环泵，在循环过程中，所述磁液体制冷工质在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。本发明提供的室温磁制冷系统，以磁液体作为制冷工质，可以采取泵输运，方便流程布置，实现磁制冷效果；同时，通过磁液体制冷工质在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电，可用于驱动循环泵工作。
附图说明
图1为本发明实施例一一较佳实施例提供的室温磁制冷系统结构示意图；
图2为本发明实施例二另一较佳实施例提供的室温磁制冷系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图1，为本发明实施例一一较佳实施例提供的室温磁制冷系统结构示意图，该室温磁制冷系统100，包括：磁系110、换热器120、蒸发器130、第一循环泵140、第二循环泵150、冷凝器160和蓄电电源170。
换热器120置于磁系110中，换热器120的第一出口连接于蒸发器130的入口，蒸发器130的出口连接于第一循环泵140的入口，第一循环泵140的出口连接于换热器120的第一入口构成磁制冷循环回路。
换热器120的第二出口连接于第二循环泵150的入口，第二循环泵150的出口连接于冷凝器160的入口，冷凝器160的出口与换热器120的第二入口连接构成散热循环回路。
具体地，磁液体制冷工质经第一循环泵140驱动至换热器120，并被磁系110磁化，可以理解，磁液体制冷工质进入磁系110的磁场内被磁化并释放热量；热交换流体经第二循环泵150驱动至冷凝器160，经冷凝器160冷凝后流动至换热器120，热交换流体在换热器120吸收磁液体制冷工质磁化后释放的热量并返回至第二循环泵150；磁液体制冷工质在换热器120内经热交换流体冷却后，流出磁系110的磁场后去磁，温度会进一步降低，再进入蒸发器130后返回至第一循环泵140。
进一步地，蓄电电源170的正负极分别电性连接于换热器120的第一出口和第一入口，磁液体制冷工质在流经磁系110时，切割磁力线产生电流为蓄电电源170供电。
优选地，磁液体制冷工质由磁性粉末和液态基液混合组成；其中，磁性粉末为居里温度为室温附近的稀土金属、或由稀土金属组成的合金、或稀土金属组成的化合物；液态基液为熔点为室温的液态金属、或由液态金属组成的合金、或由液态金属组成的化合物，液态金属在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
优选地，所述磁性粉末包含但不局限于以下一系列材料：Ce6Ni2Si3、RCoSi、Er3Co、A3Ni2、B3Co、TbPdAl、ErSi、LaFe13-xSix,(La,Pr)Fe13-xSix、(La,Nd)Fe13-xSix、LaFe13-xSixCy、La0.5Pr0.5Fe10.7Co0.8Si1.5C0.2、La(Fe,Co)13-xAlx、Tb6Co1.67Si3、Gd6Co1.67Si3、Gd、GdSix、其中，R为Pr、Nd、Gd、Tb中的一种，A为Er,Ho中的一种，B为Ho,Dy中的一种；液态基液包含但不局限于以下一系列材料：Ga，Ga-In合金，Ga-Sn合金，Ga-Zn合金，Ga-In-Sn合金，Ga-In-Zn合金，Ga-In-Sn-Zn合金，NaK合金和伍德合金。
优选地，热交换流体为水或者醇类的水混合物，所述醇类为一元饱和醇、二元饱和醇。
实施例二
请参阅图2，为本发明实施例二一较佳实施例提供的室温磁制冷系统结构示意图，该室温磁制冷系统200，包括磁系210、第一换热器220、第二换热器230、蒸发器240、第一循环泵250、第二循环泵260、冷凝器270和蓄电电源280。
第一换热器220置于磁系210，第一换热器220的第一出口连接于蒸发器240的入口，蒸发器240的出口连接于第二换热器230的第一入口，第二换热器230的第一出口连接于第一循环泵140的入口，第一循环泵140的出口连接于第一换热器220的第一入口构成磁制冷循环回路；
第一换热器220的第二出口连接于第二循环泵260的入口，第二循环泵260的出口连接于冷凝器270的入口，冷凝器270的出口与第二换热器230的第二入口连接，第二换热器230的第二出口与第一换热器220的第二入口连接构成散热循环回路；
其中，磁液体制冷工质经第一循环泵250驱动至第一换热器220，并被磁系210磁化，热交换流体经第二循环泵250驱动至冷凝器270，经冷凝器270冷凝后流动至第二换热器230，热交换流体在第一换热器220吸收磁液体制冷工质磁化后释放的热量返回至第二循环泵260；磁液体制冷工质在第一换热器220内经热交换流体冷却后，再进入蒸发器240和第二换热器230后返回至第一循环泵250；
蓄电电源280的正负极分别电性连接于第一换热器220的第一出口和第一入口，磁液体制冷工质在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为蓄电电源280供电。
优选地，磁液体制冷工质由磁性粉末和液态基液混合组成；其中，磁性粉末为居里温度为室温附近的稀土金属、或由稀土金属组成的合金、或稀土金属组成的化合物；液态基液为熔点为室温的液态金属、或由液态金属组成的合金、或由液态金属组成的化合物，液态金属在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
优选地，所述磁性粉末包含但不局限于以下一系列材料：Ce6Ni2Si3、RCoSi、Er3Co、A3Ni2、B3Co、TbPdAl、ErSi、LaFe13-xSix,(La,Pr)Fe13-xSix、(La,Nd)Fe13-xSix、LaFe13-xSixCy、La0.5Pr0.5Fe10.7Co0.8Si1.5C0.2、La(Fe,Co)13–xAlx、Tb6Co1.67Si3、Gd6Co1.67Si3、Gd、GdSix、其中，R为Pr、Nd、Gd、Tb中的一种，A为Er,Ho中的一种，B为Ho,Dy中的一种；液态基液包含但不局限于以下一系列材料：Ga，Ga-In合金，Ga-Sn合金，Ga-Zn合金，Ga-In-Sn合金，Ga-In-Zn合金，Ga-In-Sn-Zn合金，NaK合金和伍德合金。
优选地，热交换流体为水或者醇类的水混合物，所述醇类为一元饱和醇、二元饱和醇。
本发明提供的室温磁制冷系统，其中，磁液体制冷工质经所述第一循环泵驱动至所述换热器，并被所述磁系磁化，所述热交换流体经所述第二循环泵驱动至所述冷凝器，经所述冷凝器冷凝后流动至所述换热器，所述热交换流体在所述换热器吸收所述磁液体制冷工质磁化后释放的热量并返回至所述第二循环泵；所述磁液体制冷工质在所述换热器内经所述热交换流体冷却后，再进入所述蒸发器后返回至所述第一循环泵，在循环过程中，所述磁液体制冷工质在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。本发明提供的室温磁制冷系统，以磁液体作为制冷工质，可以采取泵输运，方便流程布置，实现磁制冷效果；同时，通过磁液体制冷工质在流经所述磁场时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电，可用于驱动循环泵工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种室温磁制冷系统，其特征在于，包括磁系、第一换热器、第二换热器、蒸发器、第一循环泵、第二循环泵、冷凝器和蓄电电源；
所述第一换热器置于所述磁系，所述第一换热器的第一出口连接于所述蒸发器的入口，所述蒸发器的出口连接于所述第二换热器的第一入口，所述第二换热器的第一出口连接于所述第一循环泵的入口，所述第一循环泵的出口连接于所述第一换热器的第一入口构成磁制冷循环回路；
所述第一换热器的第二出口连接于所述第二循环泵的入口，所述第二循环泵的出口连接于所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口与所述第二换热器的第二入口连接，所述第二换热器的第二出口与所述第一换热器的第二入口连接构成散热循环回路；
其中，磁液体制冷工质经所述第一循环泵驱动至所述第一换热器，并被所述磁系磁化，热交换流体经所述第二循环泵驱动至所述冷凝器，经所述冷凝器冷凝后经所述第二换热器流动至所述第一换热器，所述热交换流体在所述第一换热器内吸收所述磁液体制冷工质磁化后释放的热量后返回至所述第二循环泵；所述磁液体制冷工质在所述第一换热器内经所述热交换流体冷却后，再进入所述蒸发器和所述第二换热器后返回至所述第一循环泵；
所述蓄电电源的正负极分别电性连接于所述第一换热器的第一出口和第一入口，所述磁液体制冷工质在流经所述磁系时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
2.根据权利要求1所述的室温磁制冷系统，其特征在于，所述磁液体制冷工质由磁性粉末和液态基液混合组成；
所述磁性粉末为居里温度为室温附近的稀土金属、或由稀土金属组成的合金、或稀土金属组成的化合物；
所述液态基液为熔点为室温的液态金属、或由液态金属组成的合金、或由液态金属组成的化合物，所述液态金属在流经所述磁系时，切割磁力线产生电流为所述蓄电电源供电。
3.根据权利要求2所述的室温磁制冷系统，其特征在于，所述磁性粉末包含以下一系列材料：Ce6Ni2Si3、RCoSi、Er3Co、A3Ni2、B3Co、TbPdAl、ErSi、LaFe13-xSix,(La,Pr)Fe13-xSix、(La,Nd)Fe13-xSix、LaFe13-xSixCy、La0.5Pr0.5Fe10.7Co0.8Si1.5C0.2、La(Fe,Co)13–xAlx、Tb6Co1.67Si3、Gd6Co1.67Si3、Gd、GdSix、其中，R为Pr、Nd、Gd、Tb中的一种，A为Er,Ho中的一种，B为Ho,Dy中的一种；
所述液态基液包含以下一系列材料：Ga，Ga-In合金，Ga-Sn合金，Ga-Zn合金，Ga-In-Sn合金，Ga-In-Zn合金，Ga-In-Sn-Zn合金，NaK合金和伍德合金。
4.根据权利要求1所述的室温磁制冷系统，其特征在于，所述热交换流体为水或者醇类的水混合物，所述醇类为一元饱和醇、二元饱和醇。
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