[發明專利]一種熱電制冷和磁制冷耦合裝置

在審

• 申請號: 201811537170.8
• 申請日: 2018-12-15
• 公開（公告）號: CN109764575A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 沈俊;劉義;戴巍;李珂;盧遵銘;高新強;董學強;公茂瓊;趙文俞;孫志剛;邢琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02;F25B49/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供的熱電制冷和磁制冷耦合裝置，包括磁體系統、直流電源及固態制冷工質，所述磁體系統形成可控變磁場，所述固態制冷工質位于所述磁體系統形成的可控變磁場內部，所述直流電源對所述固態制冷工質的兩端通電，在所述固態制冷工質的電流輸入端形成高溫端，所述高溫端向外釋放熱量，在所述固態制冷工質的電流輸出端形成低溫端，從制冷空間中吸熱制冷，所述磁體系統還用于對所述固態制冷工質進行勵磁和退磁，本發明提供的熱電制冷和磁制冷耦合裝置相比于磁制冷技術單次制冷循環的制冷溫跨很小，需要經過回熱器的連續制冷實現大的制冷溫跨的情況，該裝置能有效增大制冷溫跨，形成相對穩定的高溫端和低溫端。

技術領域

本發明涉及制冷技術領域，特別涉及一種熱電制冷和磁制冷耦合裝置。

背景技術

在環境與能源領域，蒸氣壓縮式制冷造成的環境污染、臭氧層破壞等問題日益嚴重，因此，迫切需要新型制冷方式代替傳統的蒸氣壓縮式制冷方式。室溫磁制冷方式由于其零GWP、零ODP、噪音低等優點得到廣泛關注。磁熱效應是磁熱材料在進入磁場過程中溫度升高，移出磁場過程中溫度降低的一種熱效應。具有這種熱效應的材料稱為磁熱材料，通常磁熱材料在其居里溫度附近具有最強的磁熱效應。在磁制冷系統中，當對磁熱材料施加磁場，磁熱材料被磁化溫度升高，換熱流體從冷端換熱器流經回熱器至熱端換熱器換熱，放出熱量，將磁熱材料移出磁場，磁熱材料去磁過程溫度降低，換熱流體從熱端換熱器流經回熱器至冷端換熱器換熱，在冷端產生冷量。如此多次循環，在冷端換熱器和熱端換熱器之間形成了穩定的溫度梯度分布，并在低溫端產生恒定制冷量。

磁制冷存在問題是磁制冷系統采用流體換熱，不僅換熱流體頻率較低而且存在系統的復雜性和不可避免的熱損失等問題。

熱電制冷最初由法國物理學家帕爾貼研究發現，當直流電通過不同半導體材料串聯成的電偶時，在電偶兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，達到制冷目的。半導體制冷系統與傳統的機械制冷系統相比具有體積小、重量輕、壽命長、無噪音、無機械運動、制冷迅速等優點，而且不需要制冷劑、對環境無污染，因此，在電子、醫學、工業、航空以及日常生活等領域中被廣泛應用。熱電制冷技術直接電能轉化為熱能，容易與相應控制系統結合使用，是一種低成本的制冷方法。

熱電制冷存在問題是熱電制冷由于制冷系數低、制冷量小，限制了它在大型設備上的廣泛應用。

發明內容

有鑒如此，有必要針對現有技術存在的缺陷，提供一種熱電制冷和磁制冷耦合裝置，該裝置相比于磁制冷，固體熱傳導的熱損失明顯小于固液換熱，結構簡單、熱損失?。幌啾扔跓犭娭评?，制冷量顯著提高。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種熱電制冷和磁制冷耦合裝置，包括磁體系統、直流電源及固態制冷工質，所述磁體系統形成可控變磁場，所述固態制冷工質位于所述磁體系統形成的可控變磁場內部，所述直流電源的正極與負極分別與所述固態制冷工質的兩端連接，所述直流電源的負極與所述固態制冷工質的低溫端連接，所述固態制冷工質由磁熱材料和熱電材料復合組成，所述直流電源對所述固態制冷工質的兩端通電，在所述固態制冷工質的電流輸入端形成高溫端，所述高溫端向外釋放熱量，在所述固態制冷工質的電流輸出端形成低溫端，從制冷空間中吸熱制冷，所述磁體系統還用于對所述固態制冷工質進行勵磁和退磁。

在一些較佳的實施例中，所述磁熱材料為Gd基、LaFeSi基、MnFePAs基、LaCaMnO基或GdGaO基化合物中至少一種，所述熱電材料為Bi2Te3或PbTe或SiGe。

在一些較佳的實施例中，所述固態制冷工質呈為長方體狀。

在一些較佳的實施例中，所述固態制冷工質為多塊，任意一塊所述固態制冷工質包括磁熱材料與P型熱電材料混合壓制燒結成長方體塊狀P型復合材料和磁熱材料與N型熱電材料混合壓制燒結成長方體塊狀N型復合材料；所述P型復合材料與N型復合材料數量相同。