[發(fā)明專利]一種串聯(lián)式磁制冷系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010973254.7
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN114264085A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 沈俊;海鵬;李珂;李振興;戴巍;高新強;李賽飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;F25B41/20;F25B49/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

本發(fā)明提供的串聯(lián)式磁制冷系統(tǒng)，包括：n個磁體、與任意一個所述磁體對應設置的n個磁回熱器、設置于相鄰磁回熱器之間的電磁閥、低溫端換熱器、高溫端換熱器及水力活塞泵，n為大于1的整數(shù)，本發(fā)明提供的串聯(lián)式磁制冷系統(tǒng)通過磁制冷系統(tǒng)的分級啟動，用較少種類的磁熱工質達到所需要的較大溫跨且減少了磁熱工質材料數(shù)量，減少磁熱工質填充層數(shù)，減低磁熱工質生產(chǎn)工藝難度，節(jié)約了成本，增加了可靠性；此外，當多層磁熱工質的居里溫度差值較大時，居里溫度偏離環(huán)境溫度較大的磁熱工質層能夠發(fā)揮磁熱效應，產(chǎn)生冷量，并且不會作為熱容負載。

技術領域

本發(fā)明涉及磁制冷技術領域，特別涉及一種串聯(lián)式磁制冷系統(tǒng)。

背景技術

磁制冷系統(tǒng)作為一種新型的固態(tài)制冷技術，由于其綠色環(huán)保，潛在高效的特點逐漸受到人們的關注。

磁熱效應是磁熱工質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工質，通常磁熱工質在其居里溫度附近具有最強的磁熱效應。居里溫度是指磁性材料中自發(fā)磁化強度降到零時的溫度，是鐵磁性或亞鐵磁性物質轉變成順磁性物質的臨界點。研究表明在居里溫度附近的磁熱效應最大，有利于發(fā)揮材料的制冷潛力。當單層工質填充技術滿足不了制冷性能的需求時，通過元素調節(jié)和摻雜能夠獲得了可調節(jié)居里溫度點的磁性材料，如鑭鐵硅基化合物等，進而加大磁制冷系統(tǒng)的溫跨。

在磁制冷系統(tǒng)中，當對磁熱工質施加磁場，磁熱工質被磁化溫度升高，換熱流體從低溫端換熱器流經(jīng)磁回熱器至高溫端換熱器并放出熱量，將磁熱工質移出磁場，磁熱工質被去磁溫度降低，換熱流體從熱端換熱器流經(jīng)回熱器至冷端換熱器吸收熱量，在冷端產(chǎn)生冷量。如此多次循環(huán)，在冷端換熱器和熱端換熱器之間形成了穩(wěn)定的溫度梯度分布，并在低溫端產(chǎn)生恒定制冷量。同時，磁回熱器中磁熱工質的居里溫度在低溫端換熱器和高溫端換熱器的溫度之間，經(jīng)過多次循環(huán)，磁回熱器中磁熱工質的平均溫度會接近其居里溫度。

在磁制冷系統(tǒng)中，磁回熱器是核心部件。在磁回熱器中設置多層不同居里溫度的磁熱工質，能夠充分發(fā)揮磁熱工質的磁熱效應，相比于單層居里溫度的磁熱工質，能夠使磁制冷系統(tǒng)形成更大溫跨，產(chǎn)生更大的冷量。但是，在磁回熱器中設置多層不同居里溫度的磁熱工質，一般要求在磁回熱器內部各層居里溫度的差值是比較小的，因為如果溫度差值太大，則導致啟動時，居里溫度偏離環(huán)境溫度較大的磁熱工質層無法發(fā)揮磁熱效應，不能產(chǎn)生冷量，而只能作為熱容負載。這樣的結果會造成系統(tǒng)無法達到需要的溫跨，制冷失敗。當磁回熱器中各層的居里溫度間隔很小時，填充的層數(shù)又過多，工藝上增加很多困難，同時需要更多種類居里溫度不同的磁熱工質，增加了成本，材料的加工也更加費時。

發(fā)明內容

鑒于此，有必要提供一種由于在磁制冷系統(tǒng)中，多層磁熱工質的居里溫度差值較大時，居里溫度偏離環(huán)境溫度較大的磁熱工質層無法發(fā)揮磁熱效應，導致多層磁回熱器無法直接啟動，不能產(chǎn)生冷量的技術問題的串聯(lián)式磁制冷系統(tǒng)。

一種串聯(lián)式磁制冷系統(tǒng)，包括：n個磁體、與任意一個所述磁體對應設置的n個磁回熱器、設置于相鄰磁回熱器之間的電磁閥、低溫端換熱器、高溫端換熱器及水力活塞泵，n為大于1的整數(shù)，其中：

任意一所述磁體用于提供可控變磁場；

任意一所述磁回熱器包括殼體和磁熱工質，所述殼體包裹在磁熱工質外部，當其中一所述磁體對對應的所述磁回熱器勵磁時，產(chǎn)生的磁場會通過所述殼體對所述磁熱工質進行勵磁，所述磁熱工質溫度升高；當其中一所述磁體對對應的所述磁回熱器去磁時，產(chǎn)生的磁場對所述磁熱工質進行去磁，磁熱工質溫度降低；每個所述磁回熱器中的磁熱工質的居里溫度各不相同且按照其居里溫度的高低順序排列；

n個所述磁回熱器中磁熱工質居里溫度最低的磁回熱器通過流路通道與所述低溫端換熱器一端連接，其他所述磁回熱器分別通過流路通道與所述低溫端換熱器連接，所述低溫端換熱器的另一端通過流路通道與所述水力活塞泵一端連接；