蓄冷器用四端口双通道转换阀门制造技术

本发明专利技术公开了一种蓄冷器用四端口双通道转换阀门，其特征在于该阀门包括阀座和阀芯，在阀座上沿同一圆周均匀分布四个接口，阀芯紧贴阀座，并可以旋转，在阀芯上对应阀座上的四个接口所在的圆周位置设有两条等长、等距离的凹槽，任一条凹槽能使阀座上相邻的两个接口连通。本发明专利技术的优点是使用单一的泵来完成室温磁制冷机的连续运行，而且能最太限度地减少换热流体在ＡＭＲ外的死体积，提高磁制冷效率。如果采用多级串联，则这种工作方式的工作温度范围可以达到２０Ｋ－３３０Ｋ范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种四端口双通道转换阀门，特别是在主动式磁蓄冷(又称回热)的室温磁制冷中用来切换流动的流体，使主动式蓄冷器中的流体能够不断地往复流动。
技术介绍
现代社会的发展和生活质量的提高要求有舒适的环境，作为现代科学的血液的制冷技术在近200年得到逐步发展和成熟，给人类的生活带来了舒适和享受、也给科学和技术提供了研究和使用平台。因为人类能源有三分之一消耗在制冷上，因此制冷技术的状况对人类的生存极为重要。制冷技术主要有液体汽化制冷、气体膨胀制冷、吸附制冷、热电制冷、涡流管制冷、热声制冷、脉冲管制冷以及磁制冷等多种形式，但最流行的是液体汽化制冷。液体汽化制冷需要使用氟里昂，它不但破坏大气层上空的臭氧环境，而且还具有温室效应，因此制冷直接影响了能源的使用和环境的质量，研究和发展节能环保的新型制冷方式就非常迫切和意义重大。磁制冷作为一种制冷方式在1926年就在科学上得以确认，它理论上具有最高的循环效率，而且没有压缩机，所以就成了物理学家梦寐以求的制冷方式。但后来的研究仅仅在极低温领域(绝对零度附近)获得成功，并且早已生产出了氦的磁制冷液化设备。在室温磁制冷部分则经历了太多的失败后长期停滞不前，一直没有什么进展。和低温下的磁制冷不同，室温磁制冷在循环方式、磁制冷工质以及磁场上都有特殊的要求，因此实现起来十分艰难。1976年，美国宇航局(NASA)的Brown使用钆板加混有水的酒精作蓄冷剂在超导磁场环境下首先实现了38度的温差，向人类显示了室温磁制冷的可能性。1982年，美国的Barclay和Clayart提出了主动式磁蓄冷器(AMR)的新概念，为实用化的室温磁制冷做了理论上的准备。1990年，美国能源部资助NASA和衣阿华大学Ames实验室开展基于AMR的室温磁制冷样机研究。在室温磁制冷材料研究上，他们于1997年发现钆硅锗合金具有超过钆的所谓巨磁热效应，给主动式磁蓄冷器找到了用武之地。在室温磁制冷机的研究上，经过近8年的艰苦摸索，1997年人类第一台能长期高效运转的往复式室温磁制冷机宣告问世。其使用的制冷工质是金属钆球，直径在0.1mm-0.3mm之间，重量为3公斤，使用的超导磁场为1.5-5特斯拉，循环周期为6秒，运转了1500小时。在5特斯拉磁场下工作时热力学完善度达到60％，在1.5特斯拉磁场下工作时则大约为20％。这项工作预示着室温磁制冷技术走向实用时代。室温磁制冷是制冷的必然发展之路，它必将在不远的将来取代现行的制冷方式。一切与传统制冷方式相联系的空调、冰箱和其他制冷机将完成革命性的转变。但是，室温磁制冷要走向市场首先需要解决效率问题、可靠性问题和经济性问题。随着室温磁制冷技术的逐步成熟，全世界的制冷产业将彻底改变现有的产品结构，其市场不可估量。自1997年以来，室温磁制冷就开始了实用化研究。最初的成功是使用往复的方式来获得的。该方法是让磁工质靠机械运动进入有磁场的工作空间，这个时候工质被磁化而有发热效应。再通过冷却流体带走因磁热效应而产生的热量后再用机械的方法使磁工质离开磁场区域，这样磁工质就因为磁热效应而降温。但是，采用主动式磁蓄冷的磁制冷方式的核心部件—主动式磁蓄冷器(英文缩写为AMR)在磁制冷的循环中不但要充当制冷部件，而且还要充当蓄冷部件。按照其循环过程，当AMR处在磁场中时，流体要从冷端经过AMR流向热端；然后磁场从AMR上撤去，流体则改为从热端经过AMR流向冷端。将两台AMR并联放置，并使该两AMR交替经历磁化和去磁过程，则并行的两条通道中总有一条是流体从冷端流向热端，同时另外一条通道中的流体的流动方向是流体从热端流向冷端，因此该两AMR通过共同的冷端和热端形成一闭合回路。当仅使用一台单方向驱动泵驱动流体流动时，必须在两AMR的共同热端增加一双通道转换阀门才能满足AMR的实现要求，从流体驱动泵里出来的流体经过热端换热器冷却后流过阀门中的一个通道进入无磁场的AMR流向冷端，在经过冷端换热器换热后流过处于磁场中的AMR流向冷端。这时，两个AMR切换，同时双通道阀门也伴随着一起切换，原来处于磁场中的AMR没有了磁场，而原来处于磁场外的AMR有了磁场，来自于热端的流体依然流过无磁场的AMR，而来自于冷端的流体则依然流过有磁场的AMR。因此，通过该双通道可转换阀门，换热流体可以在单一流体驱动泵的驱动下分别将两个AMR中的冷量和热量载运到冷端换热器和热端换热器。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术的目的是提供一种蓄冷器用四端口双通道可旋转阀门，该阀门用以支持连续运转的高效主动式蓄冷室温磁制冷机运行。2、技术方案本专利技术的目的是这样实现的一种蓄冷器用四端口双通道转换阀门，其特征在于该阀门包括阀座和阀芯，在阀座上沿同一圆周均匀分布四个接口，阀芯紧贴阀座，并可以旋转，在阀芯上对应阀座上的四个接口所在的圆周位置设有两条等长、等距离的凹槽，任一条凹槽能使阀座上相邻的两个接口连通。所述四个接口也可以分布在圆柱形阀座的侧面，这时的阀芯的形状也为圆柱形，而阀芯上的两条凹槽也开在了与接口相对应的侧面，同样这两条凹槽也是等长和等距的。在阀芯的背面设有滚珠轴承，即将该阀芯与其背面的固定压紧帽分开以减少阀芯的旋转阻力。本专利技术的工作原理因为连续运转的高效主动式蓄冷室温磁制冷机必须充分使用磁场，因此必须在任何时刻都有两个或者两个以上的AMR交替进入磁场区磁化和离开磁场区去磁，这些AMR在磁场区时要接通冷端热交换器的冷流体流到热端热交换器去散热，在磁场外时要接通热端热交换器的流体流到冷端热交换器去放冷。流体在泵的驱动下通过本专利技术的四通道可旋转阀来切换将按下面方式流过磁场区的AMR和热交换器泵—热端热交换器—热端旋转切换阀门—磁场区内AMR—冷端旋转切换阀门—冷端热交换器—冷端旋转切换阀门—磁场区外的AMR—热端旋转切换阀门—泵。每当两个AMR切换时，冷端切换阀门和热端切换阀门与AMR相连接的接口也同步切换。旋转可切换阀门的四个接口沿圆周均匀分布，这些接口和阀座是固定的。阀芯是可以旋转的，并且阀芯有一面和四个接口相互贴紧，当阀芯旋转时四个接口在该贴紧的面上会画出圆带。将该圆带等距离挖出两个凹槽，两个凹槽之间的间隔要远远小于圆带的长度。当阀芯旋转时，在阀座上的四个接口中的每个接口都将与相邻的接口通过阀芯上的凹槽相互切换接通，而与不相邻的接口总是阻断的。将四个接口分别按顺序命名为接口A、接口B、接口C和接口D，当阀芯处于某一位置时，接口A和接口B形成通道，同时接口C和接口D形成通道；随着阀芯的旋转，接口A和接口B分别通到不同的两个凹槽，此时接口C和接口D也分别处于通到不同的两个凹槽，这时接口A和接口D通过同一个凹槽接通，而接口B和接口C则通过另一凹槽接通。阀芯进一步旋转时接口A又重新与接口B接通，同时接口C与接口D也重新接通。3、有益效果本专利技术与现有技术相比；其显著优点是(1)采用在一个圆周等分的两个半圆周上开槽的拓朴结构来实现两股流体两进两出通过四接口双通道连续切换。(2)采用四接口可切换双通道方式实现一个阀门对双路流体流向的连续切换。(3)该四接口可切换双通道阀门可以用于室温磁制冷机和其他需要使用双路流体流向切换；(4)采用这样的方式即可以仅仅使用单一的泵来完成室温磁制冷机的连续运行，而且能最大限度地减少换热流体在AM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄冷器用四端口双通道转换阀门，其特征在于该阀门包括阀座（１）和阀芯（２），在阀座（１）上沿同一圆周均匀分布四个接口，阀芯（２）紧贴阀座（１），并可以旋转，在阀芯（２）上对应阀座（１）上的四个接口所在圆周位置设有两条等长、等距离的凹槽（３），任一条凹槽能使阀座（１）上相邻的两个接口连通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢定伟，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]