專利名稱：蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，特別是在主動(dòng)式磁蓄冷(又稱回?zé)?的室溫磁制冷中用來切換流動(dòng)的流體，使主動(dòng)式蓄冷器中的流體能夠不斷地往復(fù)流動(dòng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高要求有舒適的環(huán)境，作為現(xiàn)代科學(xué)的血液的制冷技術(shù)在近200年得到逐步發(fā)展和成熟，給人類的生活帶來了舒適和享受、也給科學(xué)和技術(shù)提供了研究和使用平臺(tái)。因?yàn)槿祟惸茉从腥种幌脑谥评渖?，因此制冷技術(shù)的狀況對(duì)人類的生存極為重要。制冷技術(shù)主要有液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、吸附制冷、熱電制冷、渦流管制冷、熱聲制冷、脈沖管制冷以及磁制冷等多種形式，但最流行的是液體汽化制冷。液體汽化制冷需要使用氟里昂，它不但破壞大氣層上空的臭氧環(huán)境，而且還具有溫室效應(yīng)，因此制冷直接影響了能源的使用和環(huán)境的質(zhì)量，研究和發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新型制冷方式就非常迫切和意義重大。
磁制冷作為一種制冷方式在1926年就在科學(xué)上得以確認(rèn)，它理論上具有最高的循環(huán)效率，而且沒有壓縮機(jī)，所以就成了物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的制冷方式。但后來的研究?jī)H僅在極低溫領(lǐng)域(絕對(duì)零度附近)獲得成功，并且早已生產(chǎn)出了氦的磁制冷液化設(shè)備。在室溫磁制冷部分則經(jīng)歷了太多的失敗后長(zhǎng)期停滯不前，一直沒有什么進(jìn)展。和低溫下的磁制冷不同，室溫磁制冷在循環(huán)方式、磁制冷工質(zhì)以及磁場(chǎng)上都有特殊的要求，因此實(shí)現(xiàn)起來十分艱難。
1976年，美國(guó)宇航局(NASA)的Brown使用釓板加混有水的酒精作蓄冷劑在超導(dǎo)磁場(chǎng)環(huán)境下首先實(shí)現(xiàn)了38度的溫差，向人類顯示了室溫磁制冷的可能性。
1982年，美國(guó)的Barclay和Clayart提出了主動(dòng)式磁蓄冷器(AMR)的新概念，為實(shí)用化的室溫磁制冷做了理論上的準(zhǔn)備。
1990年，美國(guó)能源部資助NASA和衣阿華大學(xué)Ames實(shí)驗(yàn)室開展基于AMR的室溫磁制冷樣機(jī)研究。在室溫磁制冷材料研究上，他們于1997年發(fā)現(xiàn)釓硅鍺合金具有超過釓的所謂巨磁熱效應(yīng)，給主動(dòng)式磁蓄冷器找到了用武之地。在室溫磁制冷機(jī)的研究上，經(jīng)過近8年的艱苦摸索，1997年人類第一臺(tái)能長(zhǎng)期高效運(yùn)轉(zhuǎn)的往復(fù)式室溫磁制冷機(jī)宣告問世。其使用的制冷工質(zhì)是金屬釓球，直徑在0.1mm-0.3mm之間，重量為3公斤，使用的超導(dǎo)磁場(chǎng)為1.5-5特斯拉，循環(huán)周期為6秒，運(yùn)轉(zhuǎn)了1500小時(shí)。在5特斯拉磁場(chǎng)下工作時(shí)熱力學(xué)完善度達(dá)到60％，在1.5特斯拉磁場(chǎng)下工作時(shí)則大約為20％。這項(xiàng)工作預(yù)示著室溫磁制冷技術(shù)走向?qū)嵱脮r(shí)代。
室溫磁制冷是制冷的必然發(fā)展之路，它必將在不遠(yuǎn)的將來取代現(xiàn)行的制冷方式。一切與傳統(tǒng)制冷方式相聯(lián)系的空調(diào)、冰箱和其他制冷機(jī)將完成革命性的轉(zhuǎn)變。但是，室溫磁制冷要走向市場(chǎng)首先需要解決效率問題、可靠性問題和經(jīng)濟(jì)性問題。隨著室溫磁制冷技術(shù)的逐步成熟，全世界的制冷產(chǎn)業(yè)將徹底改變現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其市場(chǎng)不可估量。自1997年以來，室溫磁制冷就開始了實(shí)用化研究。最初的成功是使用往復(fù)的方式來獲得的。該方法是讓磁工質(zhì)靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)入有磁場(chǎng)的工作空間，這個(gè)時(shí)候工質(zhì)被磁化而有發(fā)熱效應(yīng)。再通過冷卻流體帶走因磁熱效應(yīng)而產(chǎn)生的熱量后再用機(jī)械的方法使磁工質(zhì)離開磁場(chǎng)區(qū)域，這樣磁工質(zhì)就因?yàn)榇艧嵝?yīng)而降溫。
但是，采用主動(dòng)式磁蓄冷的磁制冷方式的核心部件—主動(dòng)式磁蓄冷器(英文縮寫為AMR)在磁制冷的循環(huán)中不但要充當(dāng)制冷部件，而且還要充當(dāng)蓄冷部件。按照其循環(huán)過程，當(dāng)AMR處在磁場(chǎng)中時(shí)，流體要從冷端經(jīng)過AMR流向熱端；然后磁場(chǎng)從AMR上撤去，流體則改為從熱端經(jīng)過AMR流向冷端。將兩臺(tái)AMR并聯(lián)放置，并使該兩AMR交替經(jīng)歷磁化和去磁過程，則并行的兩條通道中總有一條是流體從冷端流向熱端，同時(shí)另外一條通道中的流體的流動(dòng)方向是流體從熱端流向冷端，因此該兩AMR通過共同的冷端和熱端形成一閉合回路。當(dāng)僅使用一臺(tái)單方向驅(qū)動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)時(shí)，必須在兩AMR的共同熱端增加一雙通道轉(zhuǎn)換閥門才能滿足AMR的實(shí)現(xiàn)要求，從流體驅(qū)動(dòng)泵里出來的流體經(jīng)過熱端換熱器冷卻后流過閥門中的一個(gè)通道進(jìn)入無磁場(chǎng)的AMR流向冷端，在經(jīng)過冷端換熱器換熱后流過處于磁場(chǎng)中的AMR流向冷端。這時(shí)，兩個(gè)AMR切換，同時(shí)雙通道閥門也伴隨著一起切換，原來處于磁場(chǎng)中的AMR沒有了磁場(chǎng)，而原來處于磁場(chǎng)外的AMR有了磁場(chǎng)，來自于熱端的流體依然流過無磁場(chǎng)的AMR，而來自于冷端的流體則依然流過有磁場(chǎng)的AMR。因此，通過該雙通道可轉(zhuǎn)換閥門，換熱流體可以在單一流體驅(qū)動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)下分別將兩個(gè)AMR中的冷量和熱量載運(yùn)到冷端換熱器和熱端換熱器。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種蓄冷器用四端口雙通道可旋轉(zhuǎn)閥門，該閥門用以支持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的高效主動(dòng)式蓄冷室溫磁制冷機(jī)運(yùn)行。
2、技術(shù)方案本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，其特征在于該閥門包括閥座和閥芯，在閥座上沿同一圓周均勻分布四個(gè)接口，閥芯緊貼閥座，并可以旋轉(zhuǎn)，在閥芯上對(duì)應(yīng)閥座上的四個(gè)接口所在的圓周位置設(shè)有兩條等長(zhǎng)、等距離的凹槽，任一條凹槽能使閥座上相鄰的兩個(gè)接口連通。
所述四個(gè)接口也可以分布在圓柱形閥座的側(cè)面，這時(shí)的閥芯的形狀也為圓柱形，而閥芯上的兩條凹槽也開在了與接口相對(duì)應(yīng)的側(cè)面，同樣這兩條凹槽也是等長(zhǎng)和等距的。
在閥芯的背面設(shè)有滾珠軸承，即將該閥芯與其背面的固定壓緊帽分開以減少閥芯的旋轉(zhuǎn)阻力。
本發(fā)明的工作原理因?yàn)檫B續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的高效主動(dòng)式蓄冷室溫磁制冷機(jī)必須充分使用磁場(chǎng)，因此必須在任何時(shí)刻都有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的AMR交替進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)磁化和離開磁場(chǎng)區(qū)去磁，這些AMR在磁場(chǎng)區(qū)時(shí)要接通冷端熱交換器的冷流體流到熱端熱交換器去散熱，在磁場(chǎng)外時(shí)要接通熱端熱交換器的流體流到冷端熱交換器去放冷。流體在泵的驅(qū)動(dòng)下通過本發(fā)明的四通道可旋轉(zhuǎn)閥來切換將按下面方式流過磁場(chǎng)區(qū)的AMR和熱交換器泵—熱端熱交換器—熱端旋轉(zhuǎn)切換閥門—磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)AMR—冷端旋轉(zhuǎn)切換閥門—冷端熱交換器—冷端旋轉(zhuǎn)切換閥門—磁場(chǎng)區(qū)外的AMR—熱端旋轉(zhuǎn)切換閥門—泵。每當(dāng)兩個(gè)AMR切換時(shí)，冷端切換閥門和熱端切換閥門與AMR相連接的接口也同步切換。
旋轉(zhuǎn)可切換閥門的四個(gè)接口沿圓周均勻分布，這些接口和閥座是固定的。閥芯是可以旋轉(zhuǎn)的，并且閥芯有一面和四個(gè)接口相互貼緊，當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時(shí)四個(gè)接口在該貼緊的面上會(huì)畫出圓帶。將該圓帶等距離挖出兩個(gè)凹槽，兩個(gè)凹槽之間的間隔要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓帶的長(zhǎng)度。當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時(shí)，在閥座上的四個(gè)接口中的每個(gè)接口都將與相鄰的接口通過閥芯上的凹槽相互切換接通，而與不相鄰的接口總是阻斷的。將四個(gè)接口分別按順序命名為接口A、接口B、接口C和接口D，當(dāng)閥芯處于某一位置時(shí)，接口A和接口B形成通道，同時(shí)接口C和接口D形成通道；隨著閥芯的旋轉(zhuǎn)，接口A和接口B分別通到不同的兩個(gè)凹槽，此時(shí)接口C和接口D也分別處于通到不同的兩個(gè)凹槽，這時(shí)接口A和接口D通過同一個(gè)凹槽接通，而接口B和接口C則通過另一凹槽接通。閥芯進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)接口A又重新與接口B接通，同時(shí)接口C與接口D也重新接通。
3、有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比；其顯著優(yōu)點(diǎn)是(1)采用在一個(gè)圓周等分的兩個(gè)半圓周上開槽的拓樸結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)兩股流體兩進(jìn)兩出通過四接口雙通道連續(xù)切換。(2)采用四接口可切換雙通道方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)閥門對(duì)雙路流體流向的連續(xù)切換。(3)該四接口可切換雙通道閥門可以用于室溫磁制冷機(jī)和其他需要使用雙路流體流向切換；(4)采用這樣的方式即可以僅僅使用單一的泵來完成室溫磁制冷機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，而且能最大限度地減少換熱流體在AMR外的死體積，提高磁制冷效率。(5)如果采用多級(jí)串聯(lián)則這種工作方式的工作溫度范圍可以達(dá)到很寬的范圍20K-330K。
四

圖1是閥座上四個(gè)接口的位置圖。這四個(gè)接口分布在一個(gè)圓帶上，并且該圓帶與圓形閥座同軸。
圖2是閥芯上凹槽的位置圖。圖中的兩條腰子形凹槽對(duì)應(yīng)于圖1中接口所在的圓帶上。凹槽兩端的半圓的半徑與四個(gè)接口的圓孔的半徑大致相當(dāng)。
圖3是閥座上的接口與閥芯上凹槽內(nèi)部的連接狀態(tài)圖。圖中接口A和接口C是兩路流體的接入口。從接口A流入的流體經(jīng)過閥芯的凹槽后從接口B流出，從接口C流入的流體經(jīng)過凹槽后從接口D流出。閥芯轉(zhuǎn)過一個(gè)角度后，凹槽將接口A和接口D連接在一起；同時(shí)另外一條凹槽將接口C和接口連接在一起。隨著閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)，接口A與接口B、接口D交替接通；同時(shí)接口C與接口D、接口B也交替接通。
五、具體實(shí)施方法在一個(gè)無蓋的有一定厚度的圓桶閥座1的底面上設(shè)有四個(gè)圓孔A、B、C、D，這些圓孔對(duì)外形成接口，這四個(gè)圓孔分布在一個(gè)圓周上，該圓周的圓心和圓桶的圓心重合；有一個(gè)帶軸的外徑等于圓桶內(nèi)徑的圓片閥芯3壓合在圓桶底面上。當(dāng)該閥片旋轉(zhuǎn)時(shí)四個(gè)接口圓孔在圓片上畫出一個(gè)圓帶，將該圓帶等距離挖出兩個(gè)凹槽3，兩個(gè)凹槽之間的間隔要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓帶的長(zhǎng)度。在該兩個(gè)凹槽外伴有一個(gè)淺槽供安裝密封圈使用(如果需要)。在圓片的背面有一滾珠軸承將圓片與其背面的固定壓緊帽分開以減少閥芯的旋轉(zhuǎn)阻力。當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥座上的四個(gè)接口中的每個(gè)接口都將與相鄰的接口通過閥芯上的凹槽相互切換接通，而與不相鄰的接口總是阻斷的。為了減少運(yùn)行阻力，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸面上可以選用自潤(rùn)滑的材料(如超高分子聚乙烯、聚四氟乙烯或者陶瓷材料等)。本發(fā)明中的四個(gè)接口也可以分布在圓桶的側(cè)面，這時(shí)的閥芯的形狀應(yīng)該為圓柱，而兩個(gè)凹槽也開在了與接口相對(duì)應(yīng)的側(cè)面，同樣這兩凹槽也是等長(zhǎng)和等距的，并且在凹槽周圍也有相應(yīng)的淺凹槽供密封圈安裝用，同樣，有接觸的運(yùn)動(dòng)密封面也應(yīng)該使用自潤(rùn)滑材料。
權(quán)利要求
1.一種蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，其特征在于該閥門包括閥座(1)和閥芯(2)，在閥座(1)上沿同一圓周均勻分布四個(gè)接口，閥芯(2)緊貼閥座(1)，并可以旋轉(zhuǎn)，在閥芯(2)上對(duì)應(yīng)閥座(1)上的四個(gè)接口所在的圓周位置設(shè)有兩條等長(zhǎng)、等距離的凹槽(3)，任一條凹槽能使閥座(1)上相鄰的兩個(gè)接口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，其特征在于所述四個(gè)接口分布在圓柱形閥座(1)的側(cè)面，閥芯(2)的形狀為圓柱形，閥芯(2)上的兩條凹槽(3)設(shè)在與接口相對(duì)應(yīng)的側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，其特征在于在所述兩條凹槽(3)外都設(shè)有一個(gè)用于安裝密封圈的槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，其特征在于在閥芯(2)的背面設(shè)有滾珠軸承。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蓄冷器用四端口雙通道轉(zhuǎn)換閥門，其特征在于該閥門包括閥座和閥芯，在閥座上沿同一圓周均勻分布四個(gè)接口，閥芯緊貼閥座，并可以旋轉(zhuǎn)，在閥芯上對(duì)應(yīng)閥座上的四個(gè)接口所在的圓周位置設(shè)有兩條等長(zhǎng)、等距離的凹槽，任一條凹槽能使閥座上相鄰的兩個(gè)接口連通。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是使用單一的泵來完成室溫磁制冷機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，而且能最太限度地減少換熱流體在AMR外的死體積，提高磁制冷效率。如果采用多級(jí)串聯(lián)，則這種工作方式的工作溫度范圍可以達(dá)到20K－330K范圍。
文檔編號(hào)F16K11/06GK1811247SQ20061003783
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者盧定偉 申請(qǐng)人:南京大學(xué)