[发明专利]旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统及其传热方法

说明书

技术领域

本发明涉及室温磁制冷和微通道换热技术领域，具体是指旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统。

背景技术

磁制冷的出现起始于120年前磁热效应的发现，并在上世纪三十年代开始应用于低温制冷。自1975年以来，世界各国的研究者都在进行室温磁制冷的实验研究。1976年，美国国家航空航天局的G.V.Brown首次将磁制冷技术应用于室温范围，采用金属钆作为磁制冷工质，在7T的磁场和无热负荷的条件下获得了47K的温度差。1996年12月美国宇航公司的工程师Carl Zimm采用了活性蓄冷(AMR)技术，建立了一台磁制冷机，在5T的磁场下获得了500～600W的制冷量，在室温磁制冷样机领域取得了突破性进展。目前，室温磁制冷循环过程中的有效的热交换问题已成为制约磁制冷的关键技术之一。

磁制冷材料是一种固态物质。为了完成制冷循环过程，必须有一种液体媒质(或气体媒质)同磁制冷材料进行热交换，这是固体-液体或固体-气体的热交换方式。在技术上，比液体-液体或液体——气体热交换方式复杂得多，而且热交换效率也比它们低。现有的旋转式和往复式样机的磁工质床的传热，无论是粉末状工质还是层状的工质，通常采用直接让换热流体(如水、乙二醇溶液等)流过，存在固体工质和换热流体的换热阻力大，换热过程中热交换速度慢，制冷周期长，循环换热效率低，对磁工质的腐蚀等缺陷。因此，如何提高磁工质和换热流体的传热效率是提高磁制冷效率的关键。

二十世纪八十年代以来，微通道换热技术不断发展。微通道换热用于其它制冷系统如普通的蒸汽压缩式制冷系统提高制冷系统效率，因为微通道换热的效果好，微通道换热器在汽车空调、家用空调中用于替代普通换热器已经成为一种趋势。微通道换热器具有如下特点：(1)结构简单。微通道换热器主要采用矩形、三角形、圆形肋片等简单的通道结构；(2)体积小，流量小，可以直接作用于毫米甚至微米级的热源位置；(3)微通道换热器由于通道的尺寸效应，热阻很低，同时又可以直接作用于热源位置，因此换热效率很高；(4)工作稳定可靠。且目前有较为成熟的微通道加工技术，因而完全可以将微通道换热器用于旋转式磁制冷机的工质床，以达到强化换热和提高其制冷效率的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺点，提供一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统，可降低换热流体在与磁工质换热的过程中的流动阻力，从而提高旋转式室温磁制冷机的效率，磁工质换热系统紧凑，可减少换热流体的使用量。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统，包括工质盘和与之相连的冷端换热器、热端换热器和溶液泵，冷端换热器与工质盘的冷端出入口相连，而热端换热器通过溶液泵与工质盘的热端换热器出入口相连，工质盘包括工质床、内圈集液槽、外圈集液槽、四对区间绝热隔板和多块区内绝热隔板，四对区间绝热隔板将所述工质盘分为一级磁场区、过渡区、二级磁场区、冷区四部分，其特征在于：所述工质床包括多根梯形微通道扁平管、上磁工质板和下磁工质板，梯形微通道扁平管、上磁工质板和下磁工质板位于内圈集液槽和外圈集液槽之间，梯形微通道扁平管置于上下两个磁工质板之间。

上的一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统中，所述多根梯形微通道扁平管均匀分布在上下两个磁工质板之间，内圈集液槽和外圈集液槽通过梯形微通道扁平管连通。

上的一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统中，所述四对区间绝热隔板分别位于在一级磁场区和过渡区之间，过渡区和二级磁场区之间，二级磁场区和冷区之间，冷区和一级磁场区之间，对工质床各区起隔热作用；所述多块区内绝热隔板位于各区内起引导传热流体流动和隔热的作用。

上的一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统中，所述上下两层磁工质板为圆环薄板，中间层的梯形微通道扁平管和上下两层磁工质板通过粘合剂经加压方法形成一体。

上的一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统中，所述的一种旋转式室温磁制冷机的微通道强化换热系统采用水或乙二醇溶液作为传热流体。