一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法技术方案

一种回热式热磁

【技术实现步骤摘要】
一种回热式热磁
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磁热耦合制冷系统及方法


[0001]本专利技术属于制冷与空调领域，具体涉及一种回热式热磁
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磁热耦合制冷系统及方法。

技术介绍

[0002]蒸气压缩制冷循环是目前全球采用最为广泛的制冷技术，但是蒸气压缩制冷系统中大量使用的氟氯烃、氟代烃等制冷剂对环境及气候的破坏作用十分明显，这些制冷剂在国际组织的约束下正在逐渐被替代。
[0003]室温磁制冷技术是一种基于磁热效应的新型制冷技术，磁热效应是一种在变化磁场下磁性材料磁矩有序性发生变化而产生的热现象，涉及到磁工质内部的相变，对应的熵变及潜热即可用于制冷或热泵。磁热工质为固体，无毒、无温室效应、不破化臭氧层，因此室温磁制冷是一种可替代蒸气压缩制冷的新型绿色制冷技术。目前的磁制冷技术中广泛采用永磁体作为磁场源，根据永磁体和磁热工质的运动形式将磁制冷系统分为往复型和旋转型，往复运动或者旋转通过电机等机械设备实现，从而使磁工质被周期性的磁化或退磁，因此磁制冷系统中额外引入了机械运动部件，但是，机械运动部件一方面限制了磁制冷系统的运行频率，另一方面由于需要经常维护而降低了整个系统的可靠性。
[0004]热磁效应是磁热效应的逆过程，当热磁材料被加热至居里温度以上时，材料发生从铁磁态到顺磁态的转变，磁导率降低，当热磁材料被冷却至居里温度以下时，其从顺磁态又转变为铁磁态，磁导率急剧增大。如果通过导磁材料将永磁体、热磁材料以及磁热工质串联成一个磁路系统，则冷却热磁材料时，磁路系统导通，永磁体发出的磁通通过磁热工质，磁热工质被磁化；加热热磁材料时，磁路系统断开，永磁体发出的磁通无法通过磁工质，磁工质被退磁。因此可以把热磁材料看成是一个由热驱动的磁路开关，通过周期性地加热和冷却热磁材料实现磁路的“通”和“断”，从而控制磁热材料周期性被磁化和退磁。这种热磁
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磁热耦合制冷循环使用热磁材料取代了传统磁制冷系统中的机械运动部件。
[0005]公开号为CN111238078A的中国专利公开了一种使用热声驱动的磁制冷系统，该系统利用热声发动机驱动液体换热介质和热磁材料的换热以及液体换热介质和磁热材料的换热，由热磁材料在居里温度附近的相变来实现磁路周期性“通”、“断”，使磁热材料周期性磁化和退磁，进而实现制冷。但该系统对于外界热量的利用并不高效，由于液体换热介质与热磁材料在换热过程中温度逐渐降低或升高，产生温度梯度，使得一部分热磁材料相变不完全，无法实现磁路的“通”或“断”；另一方面，该系统在换热过程中，从热磁材料和磁热材料中经过的热交换流体的流量始终相同，当流量较小时，热磁材料无法完全相变；当流量较大时，磁热材料的回热损失较大，系统温差小。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中热磁材料无法相变完全以及热磁材料和磁热材料所需热交换流体流量不一致的问题，提供一种回热式热磁
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磁热耦合制冷系统及
方法，利用由热量驱动相变的热磁材料作为磁路开关，磁路开关由几种具有不同居里温度的热磁材料构成，并通过主动回热的方式更加高效的利用来自高温热源的热量，保证热磁材料能够完全相变；通过流体驱动装置分别控制流经热磁材料和磁热材料的热交换流体的流量，从而保证热磁材料与热交换流体充分换热的同时，磁热材料能够为系统提供更大的温差。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0008]一种回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，包括：
[0009]回热式热磁开关，由几种具有不同居里温度的热磁材料填充构成，并且从热端到冷端热磁材料的居里温度依次由高到低设置；
[0010]回热式制冷床，由一种磁热材料或几种具有不同居里温度的磁热材料填充构成，采用几种具有不同居里温度的磁热材料填充时从热端到冷端居里温度依次由高到低设置；
[0011]永磁体，用于作为磁通的来源；
[0012]磁轭组件，用于连接永磁体、回热式热磁开关以及回热式制冷床构成磁路系统；
[0013]高温热源，温度高于回热式热磁开关热端材料的居里温度；
[0014]常温热汇，温度低于回热式热磁开关冷端材料的居里温度；
[0015]低温热源，由回热式制冷床为其提供冷量；
[0016]流体驱动装置，用于使热交换流体周期性的在回热式热磁开关与回热式制冷床之间流动，使回热式热磁开关被周期性的加热和冷却，回热式制冷床被周期性的磁化和退磁。
[0017]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述回热式热磁开关的热端与高温热源连接，回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接；所述回热式制冷床的热端与常温热汇连接，回热式制冷床的冷端与低温热源连接。
[0018]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的磁路系统包括相位差为180
°
的两套磁路系统，当其中一套磁路系统导通时，另一套磁路系统断开。
[0019]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的回热式热磁开关以及回热式制冷床设置两组，通过流体驱动装置驱动热交换流体往复地在两组回热式热磁开关以及回热式制冷床的冷热两端流动，使得两套磁路系统交替完成制冷；通过管道将两个回热式热磁开关的热端与高温热源连接，两个回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的热端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的冷端与低温热源连接。
[0020]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，两套磁路系统中的第一磁路系统为由第一回热式热磁开关、第一磁轭组件、永磁体、第二磁轭组件、第一回热式制冷床以及第三磁轭组件端部依次相接形成的一个回路；第二磁路系统为由第二回热式热磁开关、第四磁轭组件、第二回热式制冷床、第二磁轭组件、永磁体以及第一磁轭组件端部依次相接形成的另一个回路；所述的永磁体、第一磁轭组件以及第二磁轭组件为两套磁路系统共有。
[0021]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，当所述的第一回热式热磁开关被加热，第一回热式制冷床被退磁的同时，第二回热式热磁开关被冷却，第二回热式制冷床被磁化，在此过程中，所述的第一磁路系统完成制冷工作；当所述的第一回热式热磁开关被冷却，第一回热式制冷床被磁化的同时，第二回热式热磁开关被加热，第二回热式制冷床被退磁，在此过程中，所述的第二磁路系统完成制冷工作。
[0022]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的永磁体为一个永磁体或并联的多个永磁体，所述的磁轭组件采用软磁材料制成。
[0023]作为本专利技术回热式热磁
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磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的流体驱动装置包括双向泵以及采用单管设计的管道系统，通过两个双向泵驱动热交换流体在回热式热磁开关、回热式制冷床的冷热两端往复流动，通过双向泵的流路切换使得两套磁路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于，包括：回热式热磁开关，由几种具有不同居里温度的热磁材料填充构成，并且从热端到冷端热磁材料的居里温度依次由高到低设置；回热式制冷床，由一种磁热材料或几种具有不同居里温度的磁热材料填充构成，采用几种具有不同居里温度的磁热材料填充时从热端到冷端居里温度依次由高到低设置；永磁体，用于作为磁通的来源；磁轭组件，用于连接永磁体、回热式热磁开关以及回热式制冷床构成磁路系统；高温热源，温度高于回热式热磁开关热端材料的居里温度；常温热汇，温度低于回热式热磁开关冷端材料的居里温度；低温热源，由回热式制冷床为其提供冷量；流体驱动装置，用于使热交换流体周期性的在回热式热磁开关与回热式制冷床之间流动，使回热式热磁开关被周期性的加热和冷却，回热式制冷床被周期性的磁化和退磁。2.根据权利要求1所述的回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述回热式热磁开关的热端与高温热源连接，回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接；所述回热式制冷床的热端与常温热汇连接，回热式制冷床的冷端与低温热源连接。3.根据权利要求1所述的回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述的磁路系统包括相位差为180
°
的两套磁路系统，当其中一套磁路系统导通时，另一套磁路系统断开。4.根据权利要求3所述的回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述的回热式热磁开关以及回热式制冷床设置两组，通过流体驱动装置驱动热交换流体往复地在两组回热式热磁开关以及回热式制冷床的冷热两端流动，使得两套磁路系统交替完成制冷；通过管道将两个回热式热磁开关的热端与高温热源连接，两个回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的热端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的冷端与低温热源连接。5.根据权利要求4所述的回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述两套磁路系统中的第一磁路系统(1)为由第一回热式热磁开关(101
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1)、第一磁轭组件(104
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1)、永磁体、第二磁轭组件(104
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2)、第一回热式制冷床(102
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1)以及第三磁轭组件(104
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3)端部依次相接形成的一个回路；第二磁路系统(2)为由第二回热式热磁开关(101
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2)、第四磁轭组件(104
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4)、第二回热式制冷床(102
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2)、第二磁轭组件(104
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2)、永磁体以及第一磁轭组件(104
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1)端部依次相接形成的另一个回路；所述的永磁体、第一磁轭组件(104
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1)以及第二磁轭组件(104
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2)为两套磁路系统共有。6.根据权利要求5所述的回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于，当所述的第一回热式热磁开关(101
‑
1)被加热，第一回热式制冷床(102
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1)被退磁的同时，第二回热式热磁开关(101
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2)被冷却，第二回热式制冷床(102
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2)被磁化，在此过程中，所述的第一磁路系统(1)完成制冷工作；当所述的第一回热式热磁开关(101
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1)被冷却，第一回热式制冷床(102
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2)被磁化的同时，第二回热式热磁开关(101
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2)被加热，第二回热式制冷床(102
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2)被退磁，在此过程中，所述的第二磁路系统(2)完成制冷工作。7.根据权利要求5所述的回热式热磁
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磁热耦合制冷系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱苏昕，袁丽芬，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：