一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统及制冷方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统及制冷方法，其中，一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统，包括电机与传动装置、径向微元回热装置、冷端换热器和热端换热器，径向微元回热装置包括具有圆柱环导轨和导热块的中间润滑导热模块、外磁制冷回热器、内磁制冷回热器、外磁铁组和内磁铁组，内磁制冷回热器的转向与外磁制冷回热器的转向相反；外磁铁组和内磁铁组的交叠区形成径向微元回热装置的放热区，外磁铁组和内磁铁组的无交叠区形成径向微元回热装置的吸热区。本发明专利技术让热量自发地从处在磁场中的高温磁热性工质沿径向向磁场外的低温磁热性工质进行传递，实现了温差驱动下的自回热，回热损失小，回热效率高，运行频率高。

A radial micro element regenerative system and refrigeration method for room temperature magnetic refrigeration

【技术实现步骤摘要】
一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统及制冷方法
本专利技术涉及磁制冷
，特别是涉及一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统及制冷方法。
技术介绍
磁制冷是利用磁性材料所具有的磁热效应(MagnetocaloricEffect,MCE)来实现制冷的，即：在磁性材料被磁化时，磁矩有序度增加，磁熵减小，温度上升，向外界放出热量；退磁时，磁性材料磁矩有序度减少，磁熵增加，温度下降，自外界吸收热量，通过磁化、去磁过程的反复进行达到制冷目的。与传统蒸气压缩式制冷技术相比，磁制冷无需使用导致大气臭氧层破坏和加剧温室效应的气态制冷剂，并且其循环效率可达卡诺循环的30％～60％，具有绿色环保、节能高效、低噪音、安全可靠等优点。因此，磁制冷被认为是最有潜力替代传统蒸气压缩制冷循环的技术之一。磁制冷技术已成功应用于低温及超低温领域中，而室温磁制冷技术仍处于向实用化发展的探索阶段。目前，室温磁制冷机的开发大多是基于主动式回热器(ActiveMagneticRegenerator，AMR)技术实现的。但是，基于AMR的磁制冷技术以磁性材料作为回热介质，利用换热流体的交替往复流动来完成回热过程，这使得AMR磁制冷机在实施过程中存在以下技术难点：(1)间歇回热导致磁制冷机运行频率低；(2)磁性材料和换热流体间的大温差传热增加了回热过程中的不可逆损失；(3)换热流体内部的导热使回热品质降低；(4)换热流体流经磁性材料时的高压降使系统粘性耗散和泵送功率增大，COP降低。(5)AMR进出口处流道截面积的突变，导致AMR进出口附近存在流动死区，使该处的磁性材料未充分发挥作用，造成冷热量损。因此，开发全固态磁制冷机，引入固态传热机制，对提高磁制冷机的回热效率和推动室温磁制冷机的实用化具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统及制冷方法，通过外磁热性工质和导热块直接换热以及导热块和内磁热性工质直接换热，实现温差驱动下的自回热，旨在减少回热损失，提高回热效率。根据本专利技术的第一方面实施例，提供一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统，包括电机与传动装置、径向微元回热装置、连接径向微元回热装置吸热区的冷端换热器和连接径向微元回热装置放热区的热端换热器，其中，径向微元回热装置包括：中间润滑导热模块，具有圆柱环导轨和沿圆柱环导轨均匀分布的导热块，所述导热块贯穿圆柱环导轨的内圈和外圈；外磁制冷回热器，安装在圆柱环导轨外圈且能相对圆柱环导轨转动，所述外磁制冷回热器的内圈均匀设有能与导热块接触的外磁热性工质；内磁制冷回热器，安装在圆柱环导轨内圈且能相对圆柱环导轨转动，所述内磁制冷回热器的外圈上均匀布置有能与导热块接触的内磁热性工质，所述内磁制冷回热器的转向与外磁制冷回热器的转向相反；外磁铁组，具有两个固定设置的半环状外磁铁，两个外磁铁相对设置在外磁制冷回热器上端面和下端面；内磁铁组，具有两个固定设置的半环状内磁铁，两个内磁铁相对设置在内磁制冷回热器上端面和下端面；所述外磁体的内表面与所述内磁体的内表面相对布置，外磁铁组和内磁铁组的交叠区形成径向微元回热装置的放热区，外磁铁组和内磁铁组的无交叠区形成径向微元回热装置的吸热区。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述外磁制冷回热器包括外磁制冷回热器动盘，外磁制冷回热器动盘的外圈设置有用于与传动装置连接的外齿，外磁制冷回热器动盘在圆周方向上均匀布满若干用于装配外磁热性工质的外扇形通孔，相邻两个外扇形通孔设有绝热隔板，所述外扇形通孔连通至外磁制冷回热器动盘的内圈。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述外扇形通孔在外磁制冷回热器轴向方向上的高度为8mm～40mm。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述圆柱环导轨中部位置上开设多个圆环扇形通孔，圆环扇形通孔连通所述的圆柱环导轨的内圈和外圈，所述圆环扇形通孔的数目等于外扇形通孔的数目。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述内磁制冷回热器包括内磁制冷回热器动盘，内磁制冷回热器动盘的内圈设置有用于与传动装置连接的内齿，内磁制冷回热器动盘在圆周方向上均匀布满若干用于装配内磁热性工质的内扇形通孔，相邻两个内扇形通孔设有绝热隔板，所述内扇形通孔连通至内磁制冷回热器动盘的外圈。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述外磁热性工质的内端面与导热块的外端面的形状一样，所述内磁热性工质的外端面与导热块的内端面的形状一样。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述导热块为热管换热器、铜块、石墨烯块或者热开关。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，所述外磁铁组和内磁铁组的交叠区所对应的圆心角的范围为10～170°。根据本专利技术第一方面实施例所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，两个外磁铁之间的间隙为10mm～50mm，两个内磁铁之间的间隙为10mm～50mm。根据本专利技术的第二方面实施例，提供一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统的制冷方法，其特征在于：外磁制冷回热器绕轴向方向逆时针旋转，内磁制冷回热器绕轴向方向顺时针旋转，外磁制冷回热器与内磁制冷回热器的转速相同，径向微元回热装置一侧的外磁热性工质和内磁热性工质反向进入外磁铁组和内磁体组的交叠区进行加磁升温，径向微元回热装置另一侧的外磁热性工质和内磁热性工质反向进入外磁铁组和内磁体组的无交叠区进行去磁降温，在其他区域，位于外磁铁组内的外磁热性工质通过导热块沿径向向位于内磁铁组外的内磁热性工质放热，位于外磁铁组外的外磁热性工质通过导热块沿径向从位于内磁铁组内的内磁热性工质吸热，形成微元回热磁性冷循环。本专利技术的有益效果是：本专利技术让热量自发地从处在磁场中的高温磁热性工质沿径向向磁场外的低温磁热性工质进行传递，实现了温差驱动下的自回热，回热损失小，回热效率高，运行频率高。此外，通过外磁热性工质和导热块直接换热以及导热块和内磁热性工质直接换热，引入全固态传热机制，无需换热流体及相应管路，结构更为紧凑，同时避免了泵送流体产生的功耗和换热流体对磁热性工质的腐蚀。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是本专利技术实施例的分解图；图2是本专利技术实施例的装配图；图3是本专利技术实施例中外磁制冷回热器的结构图；图4是本专利技术实施例中内磁制冷回热器的结构图；图5是本专利技术实施例的俯视图。具体实施方式本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统，其特征在于，包括电机与传动装置、径向微元回热装置、连接径向微元回热装置吸热区的冷端换热器和连接径向微元回热装置放热区的热端换热器，其中，径向微元回热装置包括：/n中间润滑导热模块，具有圆柱环导轨和沿圆柱环导轨均匀分布的导热块，所述导热块贯穿圆柱环导轨的内圈和外圈；/n外磁制冷回热器，安装在圆柱环导轨外圈且能相对圆柱环导轨转动，所述外磁制冷回热器的内圈均匀设有能与导热块接触的外磁热性工质；/n内磁制冷回热器，安装在圆柱环导轨内圈且能相对圆柱环导轨转动，所述内磁制冷回热器的外圈上均匀布置有能与导热块接触的内磁热性工质，所述内磁制冷回热器的转向与外磁制冷回热器的转向相反；/n外磁铁组，具有两个固定设置的半环状外磁铁，两个外磁铁相对设置在外磁制冷回热器上端面和下端面；/n内磁铁组，具有两个固定设置的半环状内磁铁，两个内磁铁相对设置在内磁制冷回热器上端面和下端面；/n所述外磁体的内表面与所述内磁体的内表面相对布置，外磁铁组和内磁铁组的交叠区形成径向微元回热装置的放热区，外磁铁组和内磁铁组的无交叠区形成径向微元回热装置的吸热区。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于室温磁制冷的径向微元回热系统，其特征在于，包括电机与传动装置、径向微元回热装置、连接径向微元回热装置吸热区的冷端换热器和连接径向微元回热装置放热区的热端换热器，其中，径向微元回热装置包括：
中间润滑导热模块，具有圆柱环导轨和沿圆柱环导轨均匀分布的导热块，所述导热块贯穿圆柱环导轨的内圈和外圈；
外磁制冷回热器，安装在圆柱环导轨外圈且能相对圆柱环导轨转动，所述外磁制冷回热器的内圈均匀设有能与导热块接触的外磁热性工质；
内磁制冷回热器，安装在圆柱环导轨内圈且能相对圆柱环导轨转动，所述内磁制冷回热器的外圈上均匀布置有能与导热块接触的内磁热性工质，所述内磁制冷回热器的转向与外磁制冷回热器的转向相反；
外磁铁组，具有两个固定设置的半环状外磁铁，两个外磁铁相对设置在外磁制冷回热器上端面和下端面；
内磁铁组，具有两个固定设置的半环状内磁铁，两个内磁铁相对设置在内磁制冷回热器上端面和下端面；
所述外磁体的内表面与所述内磁体的内表面相对布置，外磁铁组和内磁铁组的交叠区形成径向微元回热装置的放热区，外磁铁组和内磁铁组的无交叠区形成径向微元回热装置的吸热区。


2.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，其特征在于：所述外磁制冷回热器包括外磁制冷回热器动盘，外磁制冷回热器动盘的外圈设置有用于与传动装置连接的外齿，外磁制冷回热器动盘在圆周方向上均匀布满若干用于装配外磁热性工质的外扇形通孔，相邻两个外扇形通孔设有绝热隔板，所述外扇形通孔连通至外磁制冷回热器动盘的内圈。


3.根据权利要求2所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，其特征在于：所述外扇形通孔在外磁制冷回热器轴向方向上的高度为8mm～40mm。


4.根据权利要求2所述的用于室温磁制冷的径向微元回热系统，其特征在于：所述圆柱环导轨中部位置上开设多个圆环扇形通孔，圆环扇形通孔连通所述的圆柱环导轨的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫江虹，张尧康，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44