【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁制冷，特别是涉及一种耦合旋转热管的室温磁热泵装置及制冷制热方法。
技术介绍
1、室温磁制冷技术凭借其绿色环保、节能高效等优点被视为是最有潜力替代蒸汽压缩制冷的新型制冷技术之一。随着室温磁制冷技术的发展，诞生了多个室温磁制冷样机。其中，绝大多数的样机都是基于主动磁回热器(active magnetic regenerator，amr)原理构建的。但是，受限于磁工质和换热流体间的对流换热速率，基于amr的样机在实用化进程中存在一个关键的技术瓶颈，即工作频率低。
2、现有技术公开了一种耦合重力热管的室温磁制冷装置及制冷方法，所述装置包括重力热管管体、内部换热板、磁热性材料、阻隔过滤网、流体工质和磁体组；重力热管管体内部被多个内部换热板分隔成多个区域，底端为向负荷制冷的冷端，顶端为向环境放热的热端；本专利技术通过奇数级、偶数级磁热性材料之间的交替加去磁或者自热端到冷端磁热性材料的逐级去磁来拓宽温跨，获得低温，实现制冷。本专利技术将磁热性材料直接置于重力热管内，通过流体工质相变，提高磁热性材料与流体工质换热效率，提高工作频率和磁制冷装置的制冷量；利用重力热管的单向传热特性，减少阀门组件、流体泵的使用，简化管路结构，提高可靠性；采用多级磁制冷，拓宽运行温跨。该现有技术以强化磁工质和换热流体间的传热，进而提高样机工作频率，但鉴于重力热管中的回流作用力由重力提供，一方面，室温磁制冷装置仅能沿竖直方向放置，应用场合受到限制，另一方面，回流加速度受重力加速度制约，不具备可调节性，使得冷凝液的回流速率无法与蒸发速率相匹配，
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一是提供一种耦合旋转热管的室温磁热泵装置，以实现有效提高样机工作频率且能摆脱重力方向束缚、及连续调节回流加速度以实时匹配冷/热负荷，本专利技术的目的之二是提供一种耦合旋转热管的室温磁热泵装置的制冷制热方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，包括永磁体和磁旋转热管，所述磁旋转热管包括磁旋转热管管体、锥形换热片、磁工质、网筛和流体工质，所述磁旋转热管管体的内部为锥台状的腔体，所述磁旋转热管管体的旋转轴沿水平方向放置且其腔体内沿轴向依次设置磁旋转热管制热区和磁旋转热管制冷区，所述磁旋转热管制热区和磁旋转热管制冷区被所述锥形换热片分隔开，所述磁旋转热管制热区位于靠近锥台状的腔体的顶部一侧，所述磁工质填充在磁旋转热管制热区里锥形换热片的一侧形成磁工质区，所述永磁体套装在所述磁旋转热管的磁工质区上，所述网筛垂直于所述磁旋转热管管体的旋转轴且所述网筛的一侧与磁工质相接触，所述网筛的四周与所述磁旋转热管制热区的内壁面连接，所述流体工质注入抽真空后的磁旋转热管制热区和磁旋转热管制冷区内。
3、优选的，所述磁旋转热管制热区的内表面为锥台形，其锥台顶部至底部的朝向与锥形换热片锥台朝向相同。
4、优选的，所述磁旋转热管制热区与外界接触的端面为磁旋转热管的热端，磁旋转热管制冷区与外界接触的端面为磁旋转热管的冷端。
5、本专利技术还提供了一种二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，所述永磁体包括一级永磁体和二级永磁体，所述锥形换热片包括一级锥形换热片和二级锥形换热片，所述磁工质包括一级磁工质和二级磁工质，所述网筛包括一级网筛和二级网筛，所述磁旋转热管管体的腔体内沿轴向被所述二级锥形换热片和一级锥形换热片分隔成三个区域，沿锥台顶部至底部的方向依次为磁旋转热管制热区、磁旋转热管复叠区和磁旋转热管制冷区，所述一级磁工质填充在所述磁旋转热管复叠区内靠近所述一级锥形换热片的一侧上形成一级磁工质区，所述二级磁工质填充在所述磁旋转热管制热区内靠近所述二级锥形换热片的一侧上形成二级磁工质区，所述一级永磁体套装在所述磁旋转热管的一级磁工质区上，所述一级磁工质与所述一级磁工质区固定连接，所述二级磁工质与所述二级磁工质区固定连接，所述二级永磁体套装在所述磁旋转热管的二级磁工质区上，所述一级网筛和二级网筛垂直于所述磁旋转热管管体的旋转轴，所述一级网筛的一侧与所述一级磁工质相接触，且所述一级网筛的四周与所述磁旋转热管复叠区的内壁面连接，所述二级网筛的一侧与所述二级磁工质相接触，且所述二级网筛的四周与所述磁旋转热管制热区的内壁面连接，所述一级网筛和二级网筛上的小孔阵列的孔径分别小于所述一级磁工质和二级磁工质的粒径，所述流体工质注入抽真空后的磁旋转热管制热区、磁旋转热管复叠区和磁旋转热管制冷区内。
6、优选的，所述磁旋转热管管体的材质为低导热系数材质，所述磁旋转热管管体的热端和冷端材质为高导热系数材质，所述锥形换热片的材质为高导热系数材质。
7、优选的，所述磁工质为颗粒状的gd、gd基合金或者la-fe-si基合金，所述网筛为不锈钢等编制丝网，所述流体工质为低沸点工质。
8、优选的，所述永磁体为嵌套型halbach永磁体。
9、优选的，所述二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置可拓展至n级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其中2<n<15。
10、本专利技术还提供了一种一级室温磁热泵装置的制冷制热方法，制冷方法如下：
11、所述磁旋转热管的热端与环境接触，所述冷端与负荷接触，所述磁旋转热管绕旋转轴以角速度ω旋转，产生的离心力分力沿锥台顶部至底部的方向，使得液态流体工质只能沿锥台下坡单向流动，实现热开关作用，所述永磁体给磁工质加磁，所述磁工质温度升高，所述磁旋转热管制冷区停止工作，所述磁旋转热管制热区内的液态流体工质吸收磁工质产生的热量后变成蒸汽，蒸汽扩散至磁旋转所述热管的热端，在所述热端往环境放热后凝结成液体，液体在离心力的分力作用下沿锥台下坡回流至磁工质区，流体工质依次循环，将所述磁工质所产生的热量快速输运至环境，使所述磁工质回到初始温度，所述磁工质被去磁，磁工质温度降低，所述磁旋转热管制热区停止工作，所述磁旋转热管制冷区的冷端的液态流体工质吸收冷端负荷的热量变成蒸汽，蒸汽扩散至所述锥形换热片，通过所述锥形换热片被温度较低的磁工质冷凝成液体，液体在离心力分力的作用下沿锥台下坡回流至所述冷端，流体工质依次循环，不断向冷端输出冷量，一级室温磁热泵装置依照上述过程重复运行，往冷端不断输送冷量，从而实现连续制冷；
12、制热方法如下：
13、所述磁旋转热管的热端与负荷接触，所述冷端与环境接触；所述磁旋转热管绕旋转轴以角速度ω旋转，产生的离心力分力沿锥台顶部至底部的方向，使得液态流体工质只能沿锥台下坡单向流动，实现热开关作用，所述永磁体给所述磁工质加磁，磁工质温度升高，所述磁旋转热管制冷区停止工作，所述磁旋转热管制热区内的液态流体工质吸收磁工质所产生的热量后变成蒸汽，蒸汽扩散至所述磁旋转热管的热端，在热端往负荷放热后凝结成液体，液体在离心力分力的作用下沿锥台下坡回流至磁工质区，流体工质依次循环，不断地向热端输出热量，所述磁工质去磁，磁工质温度降低，所述磁旋转热管制热区停止工作，所述磁旋转热管制冷区的冷端的液态流体工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，包括永磁体(1)和磁旋转热管(2)，所述磁旋转热管(2)包括磁旋转热管管体(3)、锥形换热片(4)、磁工质(5)、网筛(6)和流体工质，所述磁旋转热管管体(3)的内部为锥台状的腔体，所述磁旋转热管管体(3)的旋转轴沿水平方向放置且其腔体内沿轴向依次设置磁旋转热管制热区(7)和磁旋转热管制冷区(8)，所述磁旋转热管制热区(7)和磁旋转热管制冷区(8)被所述锥形换热片(4)分隔开，所述磁旋转热管制热区(7)位于靠近锥台状的腔体的顶部一侧，所述磁工质(5)填充在磁旋转热管制热区(7)里锥形换热片(4)的一侧形成磁工质区，所述永磁体(1)套装在所述磁旋转热管(2)的磁工质区上，所述网筛(6)垂直于所述磁旋转热管管体(3)的旋转轴且所述网筛的一侧与磁工质(5)相接触，所述网筛的四周与所述磁旋转热管制热区(7)的内壁面连接，所述流体工质注入抽真空后的磁旋转热管制热区(7)和磁旋转热管制冷区(8)内。
2.根据权利要求1所述的一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述磁旋转热管制热区(7)的内表面为锥台形，其锥台顶部
3.根据权利要求2所述的一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述磁旋转热管制热区(7)与外界接触的端面为磁旋转热管(2)的热端(9)，磁旋转热管制冷区(8)与外界接触的端面为磁旋转热管(2)的冷端(10)。
4.基于权利要求3所述的一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置的二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述永磁体(1)包括一级永磁体(101)和二级永磁体(102)，所述锥形换热片(4)包括一级锥形换热片(401)和二级锥形换热片(402)，所述磁工质(5)包括一级磁工质(501)和二级磁工质(502)，所述网筛(6)包括一级网筛(601)和二级网筛(602)，所述磁旋转热管管体(3)的腔体内沿轴向被所述二级锥形换热片(402)和一级锥形换热片(401)分隔成三个区域，沿锥台顶部至底部的方向依次为磁旋转热管制热区(7)、磁旋转热管复叠区(11)和磁旋转热管制冷区(8)，所述一级磁工质(501)填充在所述磁旋转热管复叠区(11)内靠近所述一级锥形换热片(401)的一侧上形成一级磁工质区，所述二级磁工质(502)填充在所述磁旋转热管制热区(7)内靠近所述二级锥形换热片(402)的一侧上形成二级磁工质区，所述一级永磁体(101)套装在所述磁旋转热管(2)的一级磁工质区上，所述一级磁工质(501)与所述一级磁工质区固定连接，所述二级磁工质(502)与所述二级磁工质区固定连接，所述二级永磁体(102)套装在所述磁旋转热管(2)的二级磁工质区上，所述一级网筛(601)和二级网筛(602)垂直于所述磁旋转热管管体(3)的旋转轴，所述一级网筛(601)的一侧与所述一级磁工质(501)相接触，且所述一级网筛(601)的四周与所述磁旋转热管复叠区(11)的内壁面连接，所述二级网筛(602)的一侧与所述二级磁工质(502)相接触，且所述二级网筛(602)的四周与所述磁旋转热管制热区(7)的内壁面连接，所述一级网筛(601)和二级网筛(602)上的小孔阵列的孔径分别小于所述一级磁工质(501)和二级磁工质(502)的粒径，所述流体工质注入抽真空后的磁旋转热管制热区(7)、磁旋转热管复叠区(11)和磁旋转热管制冷区(8)内。
5.根据权利要求1或4所述的二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述磁旋转热管管体(3)的材质为低导热系数材质，所述磁旋转热管管体(3)的热端(9)和冷端(10)材质为高导热系数材质，所述锥形换热片(4)的材质为高导热系数材质。
6.根据权利要求1或4所述的二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述磁工质(5)为颗粒状的Gd、Gd基合金或者La-Fe-Si基合金，所述网筛(6)为不锈钢等编制丝网，所述流体工质为低沸点工质。
7.根据权利要求1或4所述的二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述永磁体(1)为嵌套型Halbach永磁体。
8.根据权利要求4所述的二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置可拓展至N级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其中2<N<15。
9.一种一级室温磁热泵装置的制冷制热方法，其特征在于，制冷方法如下：
10.一种二级室温磁热泵装置的制冷制热方法，其特征在于，制冷方法如下：
...【技术特征摘要】
1.一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，包括永磁体(1)和磁旋转热管(2)，所述磁旋转热管(2)包括磁旋转热管管体(3)、锥形换热片(4)、磁工质(5)、网筛(6)和流体工质，所述磁旋转热管管体(3)的内部为锥台状的腔体，所述磁旋转热管管体(3)的旋转轴沿水平方向放置且其腔体内沿轴向依次设置磁旋转热管制热区(7)和磁旋转热管制冷区(8)，所述磁旋转热管制热区(7)和磁旋转热管制冷区(8)被所述锥形换热片(4)分隔开，所述磁旋转热管制热区(7)位于靠近锥台状的腔体的顶部一侧，所述磁工质(5)填充在磁旋转热管制热区(7)里锥形换热片(4)的一侧形成磁工质区，所述永磁体(1)套装在所述磁旋转热管(2)的磁工质区上，所述网筛(6)垂直于所述磁旋转热管管体(3)的旋转轴且所述网筛的一侧与磁工质(5)相接触，所述网筛的四周与所述磁旋转热管制热区(7)的内壁面连接，所述流体工质注入抽真空后的磁旋转热管制热区(7)和磁旋转热管制冷区(8)内。
2.根据权利要求1所述的一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述磁旋转热管制热区(7)的内表面为锥台形，其锥台顶部至底部的朝向与锥形换热片(4)锥台朝向相同。
3.根据权利要求2所述的一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述磁旋转热管制热区(7)与外界接触的端面为磁旋转热管(2)的热端(9)，磁旋转热管制冷区(8)与外界接触的端面为磁旋转热管(2)的冷端(10)。
4.基于权利要求3所述的一种一级耦合旋转热管的室温磁热泵装置的二级耦合旋转热管的室温磁热泵装置，其特征在于，所述永磁体(1)包括一级永磁体(101)和二级永磁体(102)，所述锥形换热片(4)包括一级锥形换热片(401)和二级锥形换热片(402)，所述磁工质(5)包括一级磁工质(501)和二级磁工质(502)，所述网筛(6)包括一级网筛(601)和二级网筛(602)，所述磁旋转热管管体(3)的腔体内沿轴向被所述二级锥形换热片(402)和一级锥形换热片(401)分隔成三个区域，沿锥台顶部至底部的方向依次为磁旋转热管制热区(7)、磁旋转热管复叠区(11)和磁旋转热管制冷区(8)，所述一级磁工质(501)填充在所述磁旋转热管复叠区(11)内靠近所述一级...
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