旋转床磁制冷装置制造方法及图纸

一种旋转磁制冷装置，该装置有一些布置成一个环（２１）的磁再生器床（２２），该环绕一个中心轴转动，当环（２１）转动时，使每一个床进出由磁铁（２９）产生的磁场。利用一个分配阀（２４）使传热流体进出再生器床（２２），分配阀通过管道连接到床的热端和冷端，并随床（２２）的环（２１）一起转动。该分配阀（２４）有一个经管道与热端热交换器（３４）和冷端热交换器（３８）相连的固定阀件。床中有多孔磁热材料，传热流体流过磁热材料。分配阀（２４）将传热流体引向磁场外的床的热端，使传热流体流过床，到达其冷端，传热流体在该冷端处返回分配阀（２４）。当床处在磁场中时，分配阀（２４）将流体引向床的冷端，使传热流体流过床，到达其热端，传热流体在该热端处返回分配阀，这样就完成现行磁再生器的一个循环。流过各个管道的流体只沿一个方向流动，或是保持不动，这样就使管道中的死体积达到最小。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

总的来说，本专利技术涉及磁制冷领域以及现行磁发生制冷装置。
技术介绍
现行的磁发生将一个再生器和一个根据磁热效应运行的装置结合在一起。专利权人为Barclay等的美国专利US4332135中介绍了现行磁再生器的运行。现行磁再生器的试验模型已经建造，并作了实验，而且在Advances in Cryogenic Engineering，Vol.37B，1991中，由A.J.DeGregoria等人的文章“Test Results of An active MagneticRegenerative Refrigerator”作了介绍。1991年出版的Advances inCryogenic Engineering，Vol.37B中，由A.J.DeGregoria等人的文章给出了现行磁再生器的详细模型。现行磁再生器是采用磁热效应的冷却器式磁再生或热泵式磁再生器。具有磁热效应的材料在磁化时发热，在退磁时冷却。在现行的一个基本磁再生器装置(AMR)中，将一个能渗透传热流体的磁热材料床与两个热交换器相连，并有一个使流体来回从一个热交换器经磁热材料床流到另一个热交换器的机构。而且还有一个使床进行磁化和退磁的机构。AMR循环有四部分床的磁化，由于磁化效应而使磁热材料和床中的流体发热；流体从冷侧到热侧地流过床，此时由热侧热交换器放热；床的退磁，这使床中的磁热材料和流体冷却；以及流体从热侧到冷侧地流过床，此时冷却流体在冷侧热交换器处吸热。在流体从冷侧流到热侧以前，AMR装置磁化和加热床，而在流体从热侧流到冷侧以前，AMR装置对床进行退磁化和冷却。磁场加到磁化的床上时在床中产生一对温度和相对位置的图形，一个是床被磁化时的图形，另一个是床被退磁时的图形。不论在什么位置，床的两个图形之间的差是磁热材料受到磁场变化时的等温变化。如果等温变化足够大，则出自床的冷侧的流体温度可以低于冷罐的温度，这样对冷罐进行净冷却，而不是热量从热罐泄漏到冷罐，这是具有普通再生器的情况。当然，根据热力学定律，由于热要从冷罐流到热罐，所以在过程中必须做功。在AMR的情况下，用一个传动机构来做功，该机构使磁铁和/或床彼此相对运动，也可以用一个电转换磁铁来做功。通过在冷热两侧采用热交换器，就可以通过AMR将冷侧热交换器的热量除去，并经热侧热交换器放热。实现这种传热的结构在上述美国专利US4332135中作了介绍。在DeGregoria等人的美国专利US5249424中介绍了进一步发展的现行磁发生器，其中让流过床的传热流体不平衡，使得从床的热侧流到冷侧而流过该床的流体多于从冷侧到热侧的流体。多余的传热流体返回到床的热侧，并可以采用多级现行磁发生器。根据该专利所述，再生器的床可以以往复方式进入磁场和移出磁场，也可以将床装在一个转轮中。这些现行磁再生器的缺陷之一在于效率低，其原因是现行往复式磁再生器中的传热流体在再生器床和各个冷热交换器之间不停地来回移动。因为流体在床和热交换器之间不是沿单一方向流动，所以有些传热流体总是处在床和热交换器之间的连接管线中，而且不会既经床又经热交换器进行循环。这种受阻的传热流体通常称作“死体积”，这意味着在以前的现行磁再生器中存在大量低效率源。专利权人为Lawton，Jr等的美国专利US5934078描述了一种往复式现行磁再生器制冷装置，该装置极大地减少了传热流体的死体积。专利技术概述根据本专利技术，旋转床磁制冷装置有一些布置成一个环的磁再生器床，该环绕一个中心轴转动，当环转动时，使每一个床进出由磁铁产生的磁场。每一个床都有一个热端和一个冷端。利用一个分配阀使传热流体进出再生器床，分配阀通过管道连接到床的热端和冷端，并随床的环一起转动。该分配阀有一个经管道与热端热交换器和冷端热交换器相连的固定阀件。一个连接在管道中的泵驱动传热流体，使流体经管道流过热端热交换器和冷端热交换器、分配阀和磁发生器床进行循环。每一个床均有多孔磁热材料，传热流体可流过磁热材料。分配阀将传热流体引向磁场外的床的热端，使传热流体沿周向流过床，到达其冷端，传热流体在该冷端处返回分配阀。当床处在磁场中时，分配阀将流体引向床的冷端，使传热流体沿周向流过床，到达其热端，传热流体在该热端处返回分配阀，这样就完成一个现行磁再生器循环。在完成再生器床的环的每一个循环时，流过各个管道的流体只沿一个方向流动，或是在部分循环中保持不动，这样就使管道中的死体积为最小，从而提高了效率。可以使用的分配阀包括一个内固定阀件和一个外转动阀件，该转动阀件绕一个与固定阀件接合的中心轴转动。在一个较好的旋转分配阀中，固定阀件有两个冷流体室和两个热流体室，转动阀件内有第一冷流体开口和第二冷流体开口，当转动阀件转动时，这些第一冷流体开口先后与第一冷流体室连通，当转动阀件转动时，这些第二冷流体开口先后与第二冷流体室连通。转动阀件内还有第一热流体开口和第二热流体开口，当转动阀件转动时，这些第一热流体开口先后与第一热流体室连通，当转动阀件转动时，这些第二热流体开口先后与第二热流体室连通。在固定阀件中形成一些通道，这些通道从两个热流体开口延伸到第一和第二热流体室，并从两个冷流体开口延伸到第一和第二冷流体室。此后各管道从床的冷端入口延伸到转动阀件的先后与冷流体室的第一流体室连通的开口。各管道还从床的冷出口延伸到转动阀件的先后与冷流体室第二流体室连通的开口。各管道还从床的热端的热出口延伸到转动阀件的先后与热流体室的第一流体室连通的开口，各管道还从床的热入口延伸到转动阀件的先后与热流体室第二流体室连通的开口。用管道将转动阀件与床环中的床相连，转动阀件与环一起转动。所以，流体流动的所有转换都出现在中心旋转分配阀处，而不是与环接合的阀处。中心旋转分配阀所要求的密封件是有效的，这种密封件比与床的出口接合所要求的密封件简单得多，这样，密封件的设计既简单，又减少了密封件的磨损，而且还使分配阀的机械损失最小。分配阀还可以由两个具有平面的盘形成，盘的平面彼此间牢固接合。其中一个盘为固定阀件，另一个盘是转动地安装转动阀件。两个盘内有先后连通和断开的开口，从而引导流体流到合适的管道，管道从转盘延伸到磁制冷机各个床的热端和冷端。分配阀的固定盘通过管道连接到热端热交换器和冷端热交换器，用与上面对具有一个内固定阀件和一个外转动阀件的分配阀所述相同的方式由分配阀盘分配流体流。由于环可以按恒速转动，所以机械效率要比往复式系统的高。此外，通过减少旋转部件的质量，可以将无用效率降到最小。最好使形成环的多个床中相邻床的热端彼此相邻，相邻床的冷端彼此相邻，从而减少相邻床之间的温差，从而使相邻床之间的漏热最小。相邻床的各个热端最好用一个防漏分离器分开。分离器也可以用在相邻床的冷端，但这不是必需的，在一个优选设计中，相邻床的各冷端彼此开放和相通。下面结合附图进行详细描述将会更加清楚地理解本专利技术的其它目的、特征和优点。附图简要说明附图说明图1是本专利技术磁制冷装置的简单示意图；图2是本专利技术磁再生器床的环的简单顶视图，它以简单形式表示从分配阀延伸到磁再生器床的热端开口和冷端开口的各管道的布置情况；图3的示意图表示流过磁再生器床的环的第一位置的装置各部件的传热流体的流动图；图4是类似于图3的示意图，表示在第二运行位置流体相对于床环的流动；图5是类似于图3的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对传热流体进行再生冷却的方法，该方法包括如下步骤： （ａ）提供一个具有偶数磁再生器床的环，每个床含有呈磁热效应的多孔材料，使传热流体能够流过这种材料，每一个床有一个热端和一个冷端，将床布置成圆环形，每个床的冷端与相邻床的冷端相邻，每个床的热端与相邻床的热端相邻； （ｂ）使再生器床的环转动通过一个磁场，从而当床环转动时交替地将磁场施加到每一个再生器床和从每一个再生器床去除磁场； （ｃ）当床不在磁场中时，使传热流体从床的热端到冷端地通过该再生器床，使传热流体在中心轴周边流动，所述床绕该中心轴转动，并在床环转动时使传热流体以周边流动的方式从床的冷端到热端地通过再生器床，从而使床处于磁场中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CB齐姆，A斯泰恩伯格，AG亚斯特拉布，AM贝德尔，小LM劳顿，JJ彻尔，
申请(专利权)人：美国宇航公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]