[發(fā)明專利]一種往復式室溫磁制冷機及制冷方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810055800.8
• 申請日: 2008-01-09
• 公開（公告）號: CN101221001A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 曾德長;鄭志剛;鐘喜春;余紅雅;黃偉東
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所
• 代理人: 魏殿紳

技術領域

本發(fā)明涉及一種磁制冷機及制冷方法，尤其涉及一種往復式室溫磁制冷機及制冷方法。

背景技術

制冷技術在許多行業(yè)都得到了廣泛的應用，涉及到低溫工程、氣體液化、石油化工、航空航天、空調(diào)冰箱等各個行業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中，通常把制冷分成低溫制冷(低于20K)、中溫制冷(介于20K到80K)和高溫制冷(高于80K)。在低溫制冷領域，磁致冷技術占有絕對的優(yōu)勢，主要用來生產(chǎn)液氦、液氮等冷卻液體，高溫區(qū)或者說室溫區(qū)磁致冷是當前人類努力的目標，若能實現(xiàn)則會產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，也不會產(chǎn)生有害氣體造成對環(huán)境的破壞。

磁致冷技術是利用磁致冷材料(磁工質(zhì))所具有的磁熱效應(MagnetocaloricEffect)，即磁工質(zhì)進入磁場中發(fā)熱，退出磁場后降溫這一特性實現(xiàn)制冷的。其原理是原子磁矩在磁場中有序的排列，造成磁熵降低，引起磁工質(zhì)發(fā)熱；退出磁場后磁矩排列無序，磁熵增大，磁工質(zhì)要從外界吸熱，將這兩個過程連接在一起可實現(xiàn)制冷。

磁致冷技術的研究已經(jīng)有100多年的歷史了，以前的研究主要集中在了低溫區(qū)(小于20K)，而且得到了成功的應用。從20世紀70年代開始，隨著人們對環(huán)保和節(jié)能意識的加強，許多國家投入了大量的人力和物力來研究室溫磁致冷技術。

室溫磁致冷機主要應包括磁場源、磁工質(zhì)、冷熱端熱交換器和傳熱流體管道幾個部分構成，其中磁場源、磁工質(zhì)和傳熱流體管道是磁致冷機中設計的重點也是難點，目前國內(nèi)外已經(jīng)提出多種磁致冷機的設計方案，歸納起來，這些設計方案按照磁場源的設計方式來看，主要有采用超導磁體和永磁體兩種方式。對于前者，利用超導技術可以產(chǎn)生非常高的磁場，但是將其應用到室溫磁致冷中，則會使裝置復雜性大大提高、實現(xiàn)困難，而且價格昂貴、不易維護，因而只適合于理論和試驗研究。隨著超強永磁新材料的不斷問世，利用永磁體作為磁場源則是一個相對容易實現(xiàn)，而且價格便宜的方法。目前制造的稀土永磁體NdFeB的磁能積已經(jīng)達到400kJ/m，剩磁B_r達到1.4T，矯頑力H_c達到900kA/m。永磁體磁性能的提高極大地促進了室溫磁致冷技術的發(fā)展，而且制冷機的體積也大大減小。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種往復式室溫磁制冷機及制冷方法。所述技術方案如下：

一種往復式室溫磁制冷機，包括：

磁場源，主要采用永磁體構成，且將該磁體安裝在一伺服滾珠絲杠滑臺上；

磁工質(zhì)，放置于磁致冷盒中，并將該制冷盒安裝在所述磁場源的氣隙中，且制冷盒的兩端分別通過閥門來控制傳熱流體的流向；

傳熱流體循環(huán)管道，所述傳熱流體管道上設置有流體泵，且傳熱流體根據(jù)所述磁工質(zhì)的吸熱與放熱情況而流向不同的熱交換器；熱交換器，對傳熱流體進行熱交換；控制單元，通過事先寫入計算機編程控制器的程序來控制所述部件間的協(xié)調(diào)運行。

本發(fā)明還提供了一種往復式室溫磁制冷機制冷的方法，包括：

放置磁工質(zhì)于磁制冷盒中，并將該制冷盒安裝在磁場源的氣隙中；

通過控制單元控制制冷盒兩端的傳熱流體的流向。

上述制冷機的傳熱流體的流向循環(huán)過程還包括以下步驟：

判斷伺服滑臺的位置；

根據(jù)伺服滑臺的位置，控制單元向步進電機發(fā)送保持信號，且向閥門發(fā)送打開或關閉命令；

保持步進電機的信號，直到該步進電機接受到控制單元發(fā)出的反轉(zhuǎn)信號；

判斷控制單元是否要繼續(xù)發(fā)送信號，如果是，根據(jù)伺服滑臺的位置，繼續(xù)發(fā)送信號，否則，結束磁制冷機制冷的循環(huán)過程。

本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是：

通過控制單元控制制冷盒兩端的傳熱流體的流向，完成磁制冷機的循環(huán)過程，實現(xiàn)了室溫下的制冷效果，結構簡單，無需使用壓縮機和復雜的機械運動單元。

附圖說明

圖1是磁制冷機的結構示意圖；

圖2是磁制冷機中制冷盒的結構示意圖；

圖3是磁制冷機中磁場源磁力線的分布示意圖；

圖4是磁制冷機中控制單元的軟件流程框圖；

圖5是室溫磁制冷機的制冷方法流程圖；

圖6是室溫磁制冷機的傳熱流體的流向循環(huán)流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

本發(fā)明實施例中的控制單元控制熱傳流的流向，完成磁制冷機的循環(huán)過程。

實施例1