本發(fā)明專利涉新型制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于室溫磁制冷的并聯(lián)微元回?zé)嵯到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，隨著世界一次能源消費(fèi)量的不斷增加，降低能耗、利用自然能源已成為科學(xué)研究的重要方向。隨著人們生活水平的提高，制冷技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶。制冷技術(shù)主要有蒸汽壓縮制冷、熱電制冷、熱聲制冷、渦流管制冷、吸附式制冷、磁制冷等。室溫磁制冷技術(shù)是以磁熱性材料在室溫區(qū)的巨磁熱效應(yīng)（magnetocaloriceffect,mce）為基礎(chǔ)的一種新型的制冷技術(shù)。與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷相比，磁制冷憑借其環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)，被視為最有潛力替代傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的技術(shù)之一。從機(jī)械可靠性和緊湊性來說，磁制冷采用永磁體提供磁場(chǎng)且運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低，機(jī)械震動(dòng)少、工作噪音小、機(jī)械可靠性高，壽命長(zhǎng)。并且由于磁熵密度比氣體大，所以制冷裝置的結(jié)構(gòu)能變得更加緊湊、安全。從能源利用率方面考慮，傳統(tǒng)蒸汽壓縮機(jī)的熱效率僅能達(dá)到卡諾循環(huán)的5%~10%，而磁制冷循環(huán)卻能達(dá)到30%~60%，節(jié)能效果顯著。因此，室溫磁制冷技術(shù)有相當(dāng)良好的應(yīng)用前景。各國(guó)的科研人員都對(duì)磁制冷技術(shù)開展了廣泛的研究。

受限于現(xiàn)階段磁熱性材料在有限的永磁體場(chǎng)強(qiáng)下的磁熱效應(yīng)不足的情況下，現(xiàn)階段主要使用的主動(dòng)式回?zé)崞髟趽Q熱流體通過強(qiáng)制對(duì)流的方式帶出磁熱性材料產(chǎn)生熱量和冷量的過程中，讓磁熱性充當(dāng)回?zé)岵牧?，?chǔ)存和釋放循環(huán)過程中的晶格熵。從而實(shí)現(xiàn)在外場(chǎng)一定的情況下，大大增大磁熵的可用量。主動(dòng)式回?zé)崞髦袦囟冉?jīng)過多次累積，形成一定溫度梯度，從而擴(kuò)寬熱端和冷端之間的溫跨，從而實(shí)現(xiàn)向一定溫度下的環(huán)境提供冷量。但是，在實(shí)際使用的過程中，尤其是冷熱端溫跨增大后，載冷流體和磁熱性工質(zhì)會(huì)使冷端和熱端之間的熱短路，從而造成制冷量或者制熱量有所損失；另外，主動(dòng)式回?zé)崞鲀?nèi)每一個(gè)微元復(fù)疊循環(huán)回?zé)嵝氏陆?，使得現(xiàn)行的室溫磁制冷系統(tǒng)在大溫跨下系統(tǒng)制冷功率小。因此，設(shè)計(jì)出更為高效的主動(dòng)式回?zé)崞飨到y(tǒng)，使得室溫磁制冷技術(shù)在大溫跨下仍然保留有較大的制冷量和制熱量的工作具有實(shí)質(zhì)性意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是根據(jù)磁熱效應(yīng)原理和室溫磁制冷回?zé)嵫h(huán)，提供一種在溫差自驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)回?zé)岬氖覝卮胖评涞牟⒙?lián)微元回?zé)嵯到y(tǒng)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于室溫磁制冷的并聯(lián)微元回?zé)嵯到y(tǒng)，包括電機(jī)、傳動(dòng)裝置、磁制冷回?zé)崞?、連接所述磁制冷回?zé)崞魑鼰釁^(qū)的冷端導(dǎo)熱換熱器、連接所述磁制冷回?zé)崞鞣艧釁^(qū)的熱端導(dǎo)熱換熱器，所述磁制冷回?zé)崞靼ㄔO(shè)置有高溫區(qū)導(dǎo)熱孔及低溫區(qū)導(dǎo)熱孔的圓形上蓋板和下蓋板，所述的上蓋板和下蓋板之間同軸的疊加設(shè)置有至少兩層相互呈180度分布且旋向相反的旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M，相鄰磁制冷回?zé)崞髂＝M之間還設(shè)置有層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊。

進(jìn)一步地，所述的旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M包括固定不動(dòng)的弧形永磁體磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)并穿過永磁體磁場(chǎng)的回?zé)崞鲃?dòng)盤、均勻嵌入在所述回?zé)崞鲃?dòng)盤上的磁熱性工質(zhì)填充床層。

進(jìn)一步地，所述的永磁體磁場(chǎng)包括外磁體和內(nèi)磁鐵，所述外磁體和內(nèi)磁體分別為兩個(gè)同心半圓環(huán)，內(nèi)磁體的外圓弧表面與外磁體的內(nèi)圓弧表面相對(duì)，形成與所述回?zé)崞鲃?dòng)盤間隙配合的弧形高磁場(chǎng)區(qū)域間隙。

進(jìn)一步地，所述的弧形高磁場(chǎng)區(qū)域間隙的寬度為10mm-40mm。

進(jìn)一步地，所述的回?zé)崞鲃?dòng)盤為圓環(huán)狀的磁熱性工質(zhì)盤，由低導(dǎo)熱系數(shù)材料加工而成，所述的回?zé)崞鲃?dòng)盤的內(nèi)孔設(shè)置有內(nèi)齒，所述的回?zé)崞鲃?dòng)盤的圓周方向上均勻布滿若干用于裝配所述磁熱性工質(zhì)填充床層的扇形通孔，相鄰兩個(gè)扇形通孔之間設(shè)有絕熱隔板，防止扇形通孔內(nèi)的磁熱性材料間相互漏熱造成磁熱性工質(zhì)盤內(nèi)部熱短路。

進(jìn)一步地，所述的扇形通孔高度為10mm-80mm。

進(jìn)一步地，所述的磁熱性工質(zhì)填充床層的形狀與所述扇形通孔的形狀相匹配。

進(jìn)一步地，所述的層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊呈圓環(huán)狀，中間設(shè)置有環(huán)狀導(dǎo)軌。

進(jìn)一步地，所述的環(huán)狀導(dǎo)軌上沿周向開有扇形通孔，扇形通孔內(nèi)填入具有一定耐磨及導(dǎo)熱系數(shù)的扇形導(dǎo)熱潤(rùn)滑塊或熱管換熱器，所述扇形通孔數(shù)目與回?zé)崞鲃?dòng)盤內(nèi)的磁熱性材料填充床層數(shù)目相同。

進(jìn)一步地，所述的扇形導(dǎo)熱潤(rùn)滑塊的材料為石墨、陶瓷、石墨泡沫銅或石墨烯。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

與普通磁回?zé)崞飨啾龋景l(fā)明的并聯(lián)微元回?zé)嵝D(zhuǎn)式室溫磁制冷系統(tǒng)回?zé)嵝矢叨铱煽?，從而可減少因回?zé)徇^程的不可逆因素造成的制冷量損失，充分發(fā)揮磁熱性工質(zhì)制冷效能。另外，采用多級(jí)回?zé)崞鞑⒙?lián)系統(tǒng)，可有效增加回?zé)崞鲀?nèi)部傳熱效能的同時(shí)，系統(tǒng)單位時(shí)間磁處理磁熱性材料的質(zhì)量增大，保證在系統(tǒng)有足夠的制冷量輸出。本發(fā)明回?zé)崞鲀?nèi)回?zé)徇^程，采用溫差驅(qū)動(dòng)下的固-固回?zé)?，避免泵送載冷流體實(shí)現(xiàn)回?zé)崃鲃?dòng)時(shí)所產(chǎn)生的額外功耗和避免載冷流體與磁熱性工質(zhì)接觸而造成磁熱性工質(zhì)被腐蝕性能衰減等問題，因此，能有效提高系統(tǒng)性能以及室溫磁熱泵系統(tǒng)的使用壽命。

附圖說明

附圖1并聯(lián)微元回?zé)嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)分解示意圖。

附圖2單層回?zé)崞髂＝M結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3相鄰兩層回?zé)崞髂＝M結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖4層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖5并聯(lián)微元回?zé)嵯到y(tǒng)磁場(chǎng)分布區(qū)域、旋轉(zhuǎn)方向及導(dǎo)熱回?zé)彡P(guān)系示意圖。

圖中所示：101-上蓋板；102-高溫區(qū)導(dǎo)熱孔；103-低溫區(qū)導(dǎo)熱孔；2-第一旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M；201-外磁體；202-內(nèi)磁體；2031-磁熱性工質(zhì)填充床層；2032-回?zé)崞鲃?dòng)盤；3-層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊；301-扇形導(dǎo)熱潤(rùn)滑塊；302-環(huán)狀導(dǎo)軌；4-第二旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M；5-第三旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M；6-第四旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M；7-下蓋板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。

附圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解示意圖，圖中省略了機(jī)械傳動(dòng)的部分。

一種用于室溫磁制冷的并聯(lián)微元回?zé)嵯到y(tǒng)，包括電機(jī)、傳動(dòng)裝置、磁制冷回?zé)崞?、連接所述磁制冷回?zé)崞魑鼰釁^(qū)的冷端導(dǎo)熱換熱器、連接所述磁制冷回?zé)崞鞣艧釁^(qū)的熱端導(dǎo)熱換熱器，所述磁制冷回?zé)崞靼ㄔO(shè)置有高溫區(qū)導(dǎo)熱孔102及低溫區(qū)導(dǎo)熱孔103的圓形上蓋板101和下蓋板7，所述的上蓋板101和下蓋板7之間同軸的疊加設(shè)置有至少四層相互呈180度分布且旋向相反的旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M：第一旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M2、第二旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M4、第三旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M5、第四旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M6，相鄰磁制冷回?zé)崞髂＝M之間還設(shè)置有層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊3。

具體而言，如圖2所示，以第一旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M2為例，所述的第一旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M2包括固定不動(dòng)的弧形永磁體磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)并穿過永磁體磁場(chǎng)的回?zé)崞鲃?dòng)盤2032、均勻嵌入在所述回?zé)崞鲃?dòng)盤2032上的磁熱性工質(zhì)填充床層2031。

具體而言，所述的永磁體磁場(chǎng)包括外磁體201和內(nèi)磁鐵202，所述外磁體201和內(nèi)磁體202分別為兩個(gè)同心半圓環(huán)，內(nèi)磁體202的外圓弧表面與外磁體201的內(nèi)圓弧表面相對(duì)，形成與所述回?zé)崞鲃?dòng)盤間隙配合的弧形高磁場(chǎng)區(qū)域間隙。所述的弧形高磁場(chǎng)區(qū)域間隙的寬度為10mm-40mm。

具體而言，所述的回?zé)崞鲃?dòng)盤2032為圓環(huán)狀的磁熱性工質(zhì)盤，由低導(dǎo)熱系數(shù)材料加工而成，所述的回?zé)崞鲃?dòng)盤2032的內(nèi)孔設(shè)置有內(nèi)齒，所述內(nèi)齒通過傳動(dòng)裝置的外齒輪連接電機(jī)，傳動(dòng)裝置可以通過相應(yīng)的齒輪組及其配比使的回?zé)崞鲃?dòng)盤2032的活動(dòng)一定轉(zhuǎn)速且旋轉(zhuǎn)方向相反，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇合適的齒輪組及其配比，在此不再贅述。所述的回?zé)崞鲃?dòng)盤的圓周方向上均勻布滿若干用于裝配所述磁熱性工質(zhì)填充床層2031的扇形通孔，所述的扇形通孔高度為10mm-80mm。相鄰兩個(gè)扇形通孔之間設(shè)有絕熱隔板，防止扇形通孔內(nèi)的磁熱性材料間相互漏熱造成磁熱性工質(zhì)盤內(nèi)部熱短路。所述的磁熱性工質(zhì)填充床層2031的形狀與所述扇形通孔的形狀相匹配，由高導(dǎo)熱填料與磁熱性材料混合后經(jīng)過壓制而成。

具體而言，如圖4所示，所述的層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊3呈圓環(huán)狀，中間設(shè)置有環(huán)狀導(dǎo)軌302。所述的環(huán)狀導(dǎo)軌302上沿周向開有扇形通孔，扇形通孔內(nèi)填入具有一定耐磨及導(dǎo)熱系數(shù)的扇形導(dǎo)熱潤(rùn)滑塊301或熱管換熱器，所述扇形通孔數(shù)目與回?zé)崞鲃?dòng)盤2032內(nèi)的磁熱性材料填充床層2031數(shù)目相同。所述的扇形導(dǎo)熱潤(rùn)滑塊301的材料為石墨、陶瓷、石墨泡沫銅或石墨烯等高導(dǎo)熱系數(shù)材料。

各層旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M內(nèi)的回?zé)崞鲃?dòng)盤繞系統(tǒng)的軸向方向進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而且相鄰旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M內(nèi)的回?zé)崞鲃?dòng)盤的旋轉(zhuǎn)方向相反，使得環(huán)狀回?zé)崞鲃?dòng)盤2032中各個(gè)磁熱性工質(zhì)填充床層2031周期性進(jìn)入磁場(chǎng)磁化和退出磁場(chǎng)退磁，形成回?zé)崞鲃?dòng)盤旋轉(zhuǎn)、磁體固定不動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式。

相鄰兩層的回?zé)崞鲃?dòng)盤2032旋轉(zhuǎn)方向相反，各層旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M通過并聯(lián)堆疊的形式進(jìn)行組合。相鄰兩層的旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M結(jié)構(gòu)如附圖3所示，以第一旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M2和第二旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M4為例，上下兩個(gè)回?zé)崞鲃?dòng)盤在反向旋轉(zhuǎn)過程中，上下對(duì)應(yīng)位置的磁熱性工質(zhì)填充床層2031通過層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊3進(jìn)行溫差驅(qū)動(dòng)下的導(dǎo)熱回?zé)帷Ｉ?、下兩層回?zé)崞髂＝M內(nèi)高磁場(chǎng)區(qū)交疊區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)的高溫放熱區(qū)。上、下兩層轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M內(nèi)低磁場(chǎng)區(qū)交疊區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)的低溫吸熱區(qū)。通過對(duì)交疊區(qū)域的角度控制，可以控制高溫放熱區(qū)和低溫吸熱區(qū)的大小。

并聯(lián)微元回?zé)嵝D(zhuǎn)式室溫磁制冷系統(tǒng)中，各層轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M的磁場(chǎng)分布區(qū)域、旋轉(zhuǎn)方向、導(dǎo)熱回?zé)彡P(guān)系示意圖如圖5所示。通過熱端導(dǎo)熱換熱器與系統(tǒng)的放熱區(qū)相接，冷端導(dǎo)熱換熱器與系統(tǒng)的吸熱區(qū)相接，回?zé)崞髌渌麉^(qū)域、磁熱性工質(zhì)填充床層2031與對(duì)應(yīng)位置的磁熱性工質(zhì)填充床層2031通過層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊3進(jìn)行有限時(shí)間回?zé)幔罱K實(shí)現(xiàn)高效地向熱端放熱，從冷端吸熱的磁逆向循環(huán)。

本實(shí)施例回?zé)崞鲃?dòng)盤可以在所述外磁體201與內(nèi)磁體202所形成的間隙中旋轉(zhuǎn)，回?zé)崞鲃?dòng)盤扇形通孔內(nèi)的磁熱性工質(zhì)填充床層2031周期性進(jìn)入和離開外磁體201與內(nèi)磁體202所形成的高磁場(chǎng)區(qū)域。各層回?zé)崞鲃?dòng)盤在層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊3內(nèi)的環(huán)狀導(dǎo)軌302間滑動(dòng)。各層回?zé)崞鲃?dòng)盤內(nèi)的磁熱性工質(zhì)填充床層2031在溫差驅(qū)動(dòng)下，通過層間潤(rùn)滑導(dǎo)熱模塊3的扇形導(dǎo)熱潤(rùn)滑塊301進(jìn)行自發(fā)導(dǎo)熱熱平衡，在多級(jí)回?zé)嶙饔孟聹p少回?zé)釗p失。通過多層旋轉(zhuǎn)式磁制冷回?zé)崞髂＝M并聯(lián)，可以有效增加系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的磁熱性材料的磁處理質(zhì)量以及提高磁熱性工質(zhì)填充床層的導(dǎo)熱效率，從而使得系統(tǒng)制冷量得到提升。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。