[实用新型]一种磁制冷换热器和制冷制热系统

说明书

本实用新型公开了一种磁制冷换热器和制冷制热系统，它包括矩形换热器，所述矩形换热器包括换热器壳体，所述换热器壳体的内部安装有装填了磁工质的毛细管矩阵，在换热器壳体的两端安装有盖板并将毛细管矩阵封装在其内部；两侧盖板或上换热器壳体的上沿根据换热器内不同流程加工有用于进气和排气的第一通孔；两侧盖板或上换热器壳体的下沿加工有用于流通载热、载冷流体的第二通孔和第三通孔。以提高换热器可靠性及通用性强化换热效率为目的。

技术领域

本实用新型涉及用于磁制冷装置领域，特别涉及一种集封装与强化传热一体的磁制冷换热器和制冷制热系统及方法。

背景技术

制冷技术伴随人类生产生活的方方面面，传统气体压缩式制冷技术是目前最为成熟、应用最为广泛的制冷技术。近年来，世界各国对控制温室气体排放和臭氧层破坏等问题逐渐达成共识。根据蒙特利尔协定，各签约方需逐渐替代和淘汰含氟工质。但现阶段新型工质的环保、安全问题与循环效率依然难以兼顾。磁制冷作为一种新型的制冷技术，是利用某些材料磁热效应明显的特征（在外部磁场的作用下升温放热反之降温吸热），进行制冷的过程。在绝热条件下，磁工质出现高温时利用载热流体将热量进行储运，磁工质出现低温时利用载冷流体将冷量进行储运，如此往复循环，冷量和热量会分别在冷端和热端进行积累，当负荷与制冷量相匹配时就形成了一个相对稳定的制冷过程。

为实现连续、稳定的磁制冷过程，需要施加于磁工质上的励磁磁场发生周期性变化，根据励磁磁场的本身特点，磁制冷循环的建立也随之变化，但磁制冷换热器（磁工质载体）是其中的共性问题。励磁方式可分为超导磁体励磁、电励磁和永磁体励磁，这几种励磁方式各有优劣，就目前来看永磁励磁方式综合性能较优。以永磁励磁制冷为例，根据励磁体与磁工质的相对运动方式分为旋转式和往复式两种主要形式，因而由于相对运动形式和外形的不同，磁工质的装填和流道设计需进行相应的调整，采用简单的薄片或颗粒堆砌的方式普适性不足，容易出现系统阻力过大等问题。

从前磁制冷技术主要应用于液氢的制备等深冷领域，这是由于常规磁工质一般在较低的温度区间才能保证较高的磁熵变（顺磁体在20K以下磁热效应较强，而铁磁体也需要在接近居里点时有较强的磁熵变，且居里点较低）。随着发现了镧系稀土金属钆在室温附近有较大磁热效应，以及随后发现的钆硅锗合金的巨磁热效应，室温磁制冷技术有了发展的基础。在美国专利US5743095中披露的Gd-Si-Ge合金，可同时应用于低温磁制冷和室温磁制冷过程。目前，为保证换热效果，一般采用磁热材料（薄片、或粉末）与载冷（热）流体直接接触方式，不管是预制成型还是安装网状格栅都难免造成磁工质的腐蚀或流失，因此解决强化换热与磁工质封装之间的矛盾是本实用新型要重点解决的技术问题。

授权号为CN1242228C和申请号为CN201780002992的两个专利分别介绍了板式和管式的磁工质封装工艺，并涉及相关换热设备。前者是在0.02mm的紫铜薄膜之间填充磁热材料粉末若不进行锻压处理使工质本身产生足够的强度，薄膜本身难以有足够的强度作为颗粒支撑颗粒物的骨架。后者将钆或合金棒作为内芯包裹铜管，并轧制成为2.6mm的线材。但是钆尤其复合材料的延展性难与铜相匹配，轧制过程中可能出现空心、磁工质芯体外漏列管强度不足等情况，且该专利涉及的换热器未做详细描述，列管布局，流道，排气等问题均不涉及。

现阶段磁制冷换热器磁芯主要为板式、列管式和颗粒几种，一般整体的孔隙度在0.4~0.6这一区间，不论哪种形式都会形成微通道换热情况，尤其是颗粒式在充填过程中最容易出现毛细作用使换热器阻力变大。且换热器换热管道内会出现存液问题，这样造成了磁芯热量或者冷量的损失，随着磁制冷技术逐渐成熟，磁制冷换热器内的热容量将大到不可忽视的程度。因而换热器的合理设计及运行将直接关系到磁制冷效率。

实用新型内容

为解决磁制冷系统中较为普遍的强化换热与磁工质封装之间的矛盾，以提高换热器可靠性及通用性强化换热效率为目的，本实用新型提供了一种新型带有磁制冷工质封装的通用换热器。