[發(fā)明專利]一種回?zé)崾綗岽?磁熱耦合制冷系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210384801.7
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114909817B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢蘇昕;袁麗芬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;F25B40/06;F25B49/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 房鑫

一種回?zé)崾綗岽?磁熱耦合制冷系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括永磁體、回?zé)崾綗岽砰_關(guān)、回?zé)崾街评浯病⒋跑椊M件、高溫?zé)嵩础⒊責(zé)釁R和流體驅(qū)動裝置；回?zé)崾綗岽砰_關(guān)內(nèi)熱磁材料按照居里溫度從高到低由熱端到冷端依次填充；永磁體、回?zé)崾綗岽砰_關(guān)、回?zé)崾街评浯餐ㄟ^磁軛組件連接，形成磁路；回?zé)崾綗岽砰_關(guān)被常溫?zé)釁R冷卻至居里溫度以下，磁路導(dǎo)通，回?zé)崾街评浯脖淮呕换責(zé)崾綗岽砰_關(guān)吸收高溫?zé)嵩吹臒崃浚患訜嶂辆永餃囟纫陨希怕窋嚅_，回?zé)崾街评浯脖煌舜牛瑹峤粨Q流體通過流體驅(qū)動裝置將回?zé)崾街评浯驳睦淞總鬟f給低溫?zé)嵩础１景l(fā)明通過主動回?zé)岬姆绞剑軌蚋咝Ю酶邷責(zé)嵩吹臒崃浚瑢?shí)現(xiàn)熱驅(qū)動磁制冷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制冷與空調(diào)領(lǐng)域，具體涉及一種回?zé)崾綗岽?磁熱耦合制冷系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

蒸氣壓縮制冷循環(huán)是目前全球采用最為廣泛的制冷技術(shù)，但是蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)中大量使用的氟氯烴、氟代烴等制冷劑對環(huán)境及氣候的破壞作用十分明顯，這些制冷劑在國際組織的約束下正在逐漸被替代。

室溫磁制冷技術(shù)是一種基于磁熱效應(yīng)的新型制冷技術(shù)，磁熱效應(yīng)是一種在變化磁場下磁性材料磁矩有序性發(fā)生變化而產(chǎn)生的熱現(xiàn)象，涉及到磁工質(zhì)內(nèi)部的相變，對應(yīng)的熵變及潛熱即可用于制冷或熱泵。磁熱工質(zhì)為固體，無毒、無溫室效應(yīng)、不破化臭氧層，因此室溫磁制冷是一種可替代蒸氣壓縮制冷的新型綠色制冷技術(shù)。目前的磁制冷技術(shù)中廣泛采用永磁體作為磁場源，根據(jù)永磁體和磁熱工質(zhì)的運(yùn)動形式將磁制冷系統(tǒng)分為往復(fù)型和旋轉(zhuǎn)型，往復(fù)運(yùn)動或者旋轉(zhuǎn)通過電機(jī)等機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)，從而使磁工質(zhì)被周期性的磁化或退磁，因此磁制冷系統(tǒng)中額外引入了機(jī)械運(yùn)動部件，但是，機(jī)械運(yùn)動部件一方面限制了磁制冷系統(tǒng)的運(yùn)行頻率，另一方面由于需要經(jīng)常維護(hù)而降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

熱磁效應(yīng)是磁熱效應(yīng)的逆過程，當(dāng)熱磁材料被加熱至居里溫度以上時(shí)，材料發(fā)生從鐵磁態(tài)到順磁態(tài)的轉(zhuǎn)變，磁導(dǎo)率降低，當(dāng)熱磁材料被冷卻至居里溫度以下時(shí)，其從順磁態(tài)又轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁態(tài)，磁導(dǎo)率急劇增大。如果通過導(dǎo)磁材料將永磁體、熱磁材料以及磁熱工質(zhì)串聯(lián)成一個(gè)磁路系統(tǒng)，則冷卻熱磁材料時(shí)，磁路系統(tǒng)導(dǎo)通，永磁體發(fā)出的磁通通過磁熱工質(zhì)，磁熱工質(zhì)被磁化；加熱熱磁材料時(shí)，磁路系統(tǒng)斷開，永磁體發(fā)出的磁通無法通過磁工質(zhì)，磁工質(zhì)被退磁。因此可以把熱磁材料看成是一個(gè)由熱驅(qū)動的磁路開關(guān)，通過周期性地加熱和冷卻熱磁材料實(shí)現(xiàn)磁路的“通”和“斷”，從而控制磁熱材料周期性被磁化和退磁。這種熱磁-磁熱耦合制冷循環(huán)使用熱磁材料取代了傳統(tǒng)磁制冷系統(tǒng)中的機(jī)械運(yùn)動部件。

公開號為CN111238078A的中國專利公開了一種使用熱聲驅(qū)動的磁制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用熱聲發(fā)動機(jī)驅(qū)動液體換熱介質(zhì)和熱磁材料的換熱以及液體換熱介質(zhì)和磁熱材料的換熱，由熱磁材料在居里溫度附近的相變來實(shí)現(xiàn)磁路周期性“通”、“斷”，使磁熱材料周期性磁化和退磁，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制冷。但該系統(tǒng)對于外界熱量的利用并不高效，由于液體換熱介質(zhì)與熱磁材料在換熱過程中溫度逐漸降低或升高，產(chǎn)生溫度梯度，使得一部分熱磁材料相變不完全，無法實(shí)現(xiàn)磁路的“通”或“斷”；另一方面，該系統(tǒng)在換熱過程中，從熱磁材料和磁熱材料中經(jīng)過的熱交換流體的流量始終相同，當(dāng)流量較小時(shí)，熱磁材料無法完全相變；當(dāng)流量較大時(shí)，磁熱材料的回?zé)釗p失較大，系統(tǒng)溫差小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中熱磁材料無法相變完全以及熱磁材料和磁熱材料所需熱交換流體流量不一致的問題，提供一種回?zé)崾綗岽?磁熱耦合制冷系統(tǒng)及方法，利用由熱量驅(qū)動相變的熱磁材料作為磁路開關(guān)，磁路開關(guān)由幾種具有不同居里溫度的熱磁材料構(gòu)成，并通過主動回?zé)岬姆绞礁痈咝У睦脕碜愿邷責(zé)嵩吹臒崃浚ＷC熱磁材料能夠完全相變；通過流體驅(qū)動裝置分別控制流經(jīng)熱磁材料和磁熱材料的熱交換流體的流量，從而保證熱磁材料與熱交換流體充分換熱的同時(shí)，磁熱材料能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更大的溫差。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下的技術(shù)方案：

一種回?zé)崾綗岽?磁熱耦合制冷系統(tǒng)，包括：

回?zé)崾綗岽砰_關(guān)，由幾種具有不同居里溫度的熱磁材料填充構(gòu)成，并且從熱端到冷端熱磁材料的居里溫度依次由高到低設(shè)置；