圆柱型活性蓄冷器制冷性能的实验研究刘敏俞炳丰杨德玺(西安交通大学能源与动力工程学院西安710049)摘要在往复式活性蓄冷器实验系统的基础上设计开发了圆柱型活性蓄冷器，并对管路流程进行了优化。以金属钆为磁性工质，实验研究了蓄冷器的热力性能，获得了蓄冷器内温度分布及制冷性能数据。实验结果表明：在不同温度区间、温跨、换热流体流量及流动时间的条件下，蓄冷器存在最佳单向流动时间与最佳换热流体流量；系统在3K的温跨下可获得11.35W的最大制冷量；蓄冷器的制冷量和COP随温跨与温区的增加而减小。关键词热工学；室温磁制冷；活性蓄冷器；板式换热器；制冷性能；温度区间；温度跨度中图分类号：TB657.5;O482.6文献标识码：AExperimentalStudyonRefrigerationPerformanceofCylinderActiveMagneticRegeneratorofRoomTemperatureMagneticRefrigerationLiuMinYuBingfengYangDexi(SchoolofPowerandEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an,710049,China)AbstractAcylinderactivemagneticregeneratorforroomtemperaturemagneticrefrigerationwasdesignedonthebasisoftheexistingreciprocatingactivemagneticregeneratorsystem,anditsflowcircuitrywasoptimized.Experimentalinvestigationonthermodynamicsperformanceofthecylinderactivemagneticregeneratorwasconductedwiththemagneticmaterial,Gd.TemperaturedistributioninAMRandcorrespondingrefrigerationperformancedatawereobtainedconsideringtheinfluenceoftemperaturerange,temperaturespan,flowrateandflowtime.TheresultsindicatethatoptimalflowtimeandoptimalflowrateforAMRexistedindifferentexperimentalregions;therefrigerationcapacityreached11.35Wata3Ktemperaturespan;therefrigerationcapacityandCOPdecreasedwiththeincreaseoftemperaturerangeandtemperaturespan.KeywordsPyrology;Roomtemperaturemagneticrefrigeration;Activemagneticregenerator;Platetypeheatexchanger;Refrigerationperformance;Temperaturerange;Temperaturespan的研究。高强等[13]建立了方型AMR的基本模型，并对该模型采用Lach理论以Mikusinski运算积分的方法进行求解。之后该课题组建立了一套往复式室温磁制冷系统,并对方型AMR的热力特性进行了实验研究[14]。在该课题组原来方形蓄冷器实验系统的基础上对蓄冷器几何结构及管路流程进行了改进及优化，设计开发了圆柱型AMR。以金属钆为磁性工质，对圆柱型AMR制冷性能进行了实验研究，获得了蓄冷器的内部温度分布，并考察了在不同温度跨度(温跨)、温度区间、换热流体流率及单向流动时间条件下圆柱型AMR制冷性能的变化规律。磁制冷技术是一种绿色环保的新型制冷技术。与传统蒸气式压缩制冷相比，磁制冷具有无温室效应、装置紧凑、可靠性及效率高等优点[1]。磁制冷在低温领域已有成功的应用，但室温范围内的应用仍处于实验研究阶段，很多实际问题有待解决。室温磁制冷目前的研究主要集中在巨磁热材料的寻找、循环的热力分析、活性蓄冷器实验及理论研究、高性能永磁体的设计及新型室温磁制冷系统的开发等研究方向[2~12]。活性蓄冷器(Activemagneticregenerator，AMR)作为室温磁制冷机的核心部件，与普通蓄冷器的不同之处在于前者的磁性材料既是制冷工质又是蓄冷材料。AMR的概念是Steyert于1978年引入的，并由Barclay和Steyert进一步发展。从九十年代开始美国、日本及欧洲一些国家便开始重视AMR1实验系统及其改进实验系统为往复式，采用磁Brayton循环，实验系统的流程图如图1所示。实验系统通过步进收稿日期：2007年11月22日第29卷第4期制冷学报Vol.29,No.42008年8月JournalofRefrigerationAugust.2008机驱动滚珠丝杆，后者带动蓄冷器进(出)外部磁场；在磁场的作用下，蓄冷器内磁性工质由于磁热效应的存在将机械能转化为热能，运动间隙冷(热)换热流体流经蓄冷器与磁性工质换热，经换热的流体最终与冷热源进行换热从而实现制冷循环。图2圆柱型蓄冷器外形图Fig.2Photographofcylinderactivemagneticregenerator采用B5型钎焊式(CBE)板式换热器作为冷、热端换热设备，其结构尺寸为189...