[發明專利]一種永磁旋轉式磁制冷機的熱交換系統

無效

• 申請號: 200810240407.6
• 申請日: 2008-12-19
• 公開（公告）號: CN101441009A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 夏東
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F25B39/00
• 分類號: F25B39/00;F25B21/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關 玲;賈玉忠

技術領域

本發明涉及永磁旋轉式磁制冷機的熱交換系統，特別涉及用于室溫磁制冷的永磁旋轉式磁制冷機的熱交換系統。

背景技術

中國專利200610165503.X提出的旋轉磁制冷設備用永磁磁體系統克服了現有技術的磁制冷機的轉輪沒有被封閉在永磁磁體之內和永磁磁體磁場在轉輪上產生非常大的單邊磁拉力等缺點，并能夠產生磁制冷所需的高強度的磁化場。這種永磁磁體系統由定子和轉子組成，定子包括中空柱形永磁磁體和導磁極靴；中空的圓柱形磁體由偶數數量的永磁塊以磁體橫截面上的中心軸對稱拼裝而成，永磁塊的充磁方向由Halbach旋轉定理確定；導磁極靴由兩塊導磁性能良好的金屬材料組成，其一側面形狀與永磁磁體內腔壁一致，另一側面為圓弧面；兩塊導磁極靴分別緊貼在永磁磁體N、S極中心的內腔壁上，空間位置相差180°。轉子包括轉軸、導磁鐵心和磁工質；轉軸為圓柱形，導磁鐵心由高性能金屬導磁材料制成，形狀為帶有中心孔的圓柱或削去兩邊的圓柱，套裝在轉軸上，轉軸位于其中心位置；兩塊磁工質分別安裝在導磁鐵心的兩外圓弧面上，其空間位置相差180°。

由于該永磁磁體系統的結構與現有的不同，因此現有技術的熱交換系統不適用于這種磁體系統。中國專利200710176103.3針對中國專利200610165503.X提出的旋轉磁制冷設備用永磁磁體系統的結構特點，提出了一種與其相適應的熱交換系統。這種永磁旋轉式磁制冷機的熱交換系統，由導流槽、冷端和熱端熱交換器，流體泵、儲液器通過導流管連接組成一個或冷、熱兩個回路；導流槽位于磁制冷機永磁磁體系統的兩個軸向端面上，每端四個。均布在同一直徑的圓弧上的四個導流槽分為兩對，一對與兩個定子導磁極靴周向位置相同，另一對與兩個定子導磁極靴相隔90度空間位置，每一對中的兩個導流槽串聯或并聯。當位于轉子上的磁工質區域旋轉至某對導流槽位置時，相應的流體泵開始工作，使換熱流體從轉子一端的導流槽沿軸向流經磁工質進入另一端的導流槽，并在回路中流動；當位于轉子上的磁工質離開某對導流槽位置時，相應的流體泵停止工作。

中國專利200610165503.X提出的磁體系統包含兩個磁工質區域，并且它們沿徑向的內、外面都是圓弧形，這將導致了磁制冷機的熱交換系統較為復雜和磁工質加工較為困難；另一個問題是由于磁工質退磁的需要，定子導磁極靴的周向尺寸不能大于45度，也就是意味著磁工質區域的周向尺寸不能大于45度，這樣一來限制了磁工質區域的范圍。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種與新的熱交換系統。

在中國專利200610165503.X的基礎上，中國專利200810223038.X提出了一種用于旋轉磁制冷機的高場強永磁磁體系統，該發明將現有技術磁體系統轉子中的內、外面為圓弧形的兩個磁工質區域改進為一個矩形區域，并擴大了磁工質區域的范圍。

中國專利200810223038.X提出的永磁磁體系統由定子和轉子兩部分組成。定子是一個基于Halbach旋轉定理的中空圓柱形永磁磁體。為了永磁磁體加工的方便，中空的圓柱形磁體可由偶數數量的永磁塊以磁體橫截面上的中心軸對稱拼裝而成，這些永磁塊的充磁方向由Halbach旋轉定理來確定，它們在中空圓柱體空腔內產生一個兩極磁場。轉子主要包括導磁鐵心、磁工質、轉軸和連接支架四部分。導磁鐵心由兩塊橫截面形狀為弓形的柱狀金屬導磁材料制成，弓形柱狀體的曲邊為圓弧。導磁鐵心通過連接支架與轉軸聯結成為一體，套裝在轉軸上。磁工質區域為長方體，位于所述的兩塊導磁鐵心之間，并可隨導磁鐵心一起轉動。磁工質處于磁工質區域內，它可以是塊狀、片狀、粒狀、網篩狀等各種形狀。

本發明提出的熱交換系統由轉子磁工質區域內的流體通道、位于磁工質區域軸向端面的導流槽、旋轉-靜止管道連接器、以及熱端熱交換器、冷端熱交換器、流體泵和導流管組成。

按照換熱流體與磁工質熱交換的需要，本發明在磁工質區域內有沿軸向的流體通道，流體通道外有磁工質。磁工質區域的兩個軸向端面設有導流槽，導流槽的一側面與磁工質區域的流體通道相通，導流槽的另一側面分別與位于轉子軸上的導流管相連接，隨轉子一起旋轉，位置相對于磁工質區域固定，導流管通過旋轉-靜止管道連接器和靜止的導流管同熱交換器以及流體泵相連接，構成流體回路，回路中充入換熱流體。換熱流體可從一端的導流管經導流槽流入磁工質區域的流體通道，與磁工質充分進行熱交換，然后經另一端的導流槽和導流管，再經該回路的熱交換器及流體泵循環流動。