[實用新型]一種用于室溫磁制冷的串聯(lián)微元回熱系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN206618168U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 巫江虹;劉超鵬;陸必旺
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: F25B40/06
• 分類號: F25B40/06;F25B21/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型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串聯(lián)微元回熱系統(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量的不斷增加，降低能耗、利用自然能源已成為科學研究的重要方向。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)（Magnetocaloric Effect, 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，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。從機械可靠性和緊湊性來說，磁制冷采用永磁體提供磁場且運轉(zhuǎn)頻率低，機械震動少、工作噪音小、機械可靠性高，壽命長。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)蒸汽壓縮機的熱效率僅能達到卡諾循環(huán)的5%~10%，而磁制冷循環(huán)卻能達到30%~60%，節(jié)能效果顯著。因此，室溫磁制冷技術(shù)有相當良好的應(yīng)用前景。各國的科研人員都對磁制冷技術(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強下的磁熱效應(yīng)不足的情況下，現(xiàn)階段主要使用的主動式回熱器在換熱流體通過強制對流的方式帶出磁熱性材料產(chǎn)生熱量和冷量的過程中，讓磁熱性充當回熱材料，儲存和釋放循環(huán)過程中的晶格熵。從而實現(xiàn)在外場一定的情況下，大大增大磁熵的可用量。主動式回熱器中溫度經(jīng)過多次累積，形成一定溫度梯度，從而擴寬熱端和冷端之間的溫跨，從而實現(xiàn)向一定溫度下的環(huán)境提供冷量。但是，在實際使用的過程中，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，主動式回熱器內(nèi)每一個微元復疊循環(huán)回熱效率下降，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)計出更為高效的主動式回熱器系統(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質(zhì)性意義。

實用新型內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本實用新型的目的是根據(jù)磁熱效應(yīng)原理和室溫磁制冷回熱循環(huán)，提供一種在溫差自驅(qū)動下主動回熱的室溫磁制冷的串聯(lián)微元回熱系統(tǒng)。

本實用新型采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用于室溫磁制冷的串聯(lián)微元回熱系統(tǒng)，包括電機、傳動裝置、磁制冷回熱器、連接所述磁制冷回熱器吸熱區(qū)的冷端導熱換熱器、連接所述磁制冷回熱器放熱區(qū)的熱端導熱換熱器，所述磁制冷回熱器包括設(shè)置有高溫區(qū)導熱孔及低溫區(qū)導熱孔的圓形上蓋板和下蓋板、依次同軸串聯(lián)設(shè)置于上蓋板和下蓋板之間的高溫級主動回熱器、級間導熱潤滑模塊、低溫級主動回熱器，所述的高溫級主動回熱器的吸熱區(qū)和低溫主動回熱器的放熱區(qū)沿軸向重疊，分別包括至少兩層相互呈180度分布且旋向相反的旋轉(zhuǎn)式磁制冷回熱器模組，相鄰磁制冷回熱器模組之間還設(shè)置有層間潤滑導熱模塊，所述電機通過傳動裝置與所述旋轉(zhuǎn)式磁制冷回熱器模組驅(qū)動連接。

進一步地，所述的旋轉(zhuǎn)式磁制冷回熱器模組包括固定不動的弧形永磁體磁場、旋轉(zhuǎn)并穿過永磁體磁場的回熱器動盤、均勻嵌入在所述回熱器動盤上的磁熱性工質(zhì)填充床層。

進一步地，所述的永磁體磁場包括外磁體和內(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，形成與所述回熱器動盤間隙配合的弧形高磁場區(qū)域間隙。

進一步地，所述的弧形高磁場區(qū)域間隙的寬度為10mm-40mm。

進一步地，所述的回熱器動盤為圓環(huán)狀的磁熱性工質(zhì)盤，由低導熱系數(shù)材料加工而成，所述的回熱器動盤的內(nèi)孔設(shè)置有內(nèi)齒，所述的回熱器動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。

進一步地，所述的扇形通孔高度為10mm-80mm。

進一步地，所述的層間潤滑導熱模塊呈圓環(huán)狀，中間設(shè)置有環(huán)狀導軌。

進一步地，所述的環(huán)狀導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熱系數(shù)的扇形導熱潤滑塊或熱管換熱器，所述扇形通孔數(shù)目與回熱器動盤內(nèi)的磁熱性材料填充床層數(shù)目相同。

進一步地，所述的級間導熱潤滑模塊呈環(huán)形，中間設(shè)置有環(huán)形導軌，所述環(huán)形導軌上相對所述的高溫級主動回熱器的吸熱區(qū)和低溫主動回熱器的放熱區(qū)的位置設(shè)置有扇形通孔，所述的扇形通孔內(nèi)填入具有一定耐磨及導熱系數(shù)的扇形導熱潤滑塊或熱管換熱器。