本发明专利技术公开了一种旋转式磁制冷装置包括磁场源，主动式蓄冷器模块及冷热流体换热通道，其特征在于，所述主动式蓄冷器模块包括两个，每个主动式蓄冷器模块由两个填料层径向夹一层磁性工质床构成，两个主动式蓄冷器模块同轴轴向错开并周向相差１８０度布置，该两个主动式蓄冷器模块同步旋转时交替通过上半部覆盖有磁场源的磁场区和下半部无磁场区，所述蓄冷器模块旋转外周的磁场区空间中静止设有与高温端换热器连通的热流体通道；所述蓄冷器模块旋转外周的无磁场区空间中静止设有与低温端换热器连通的冷流体通道，所述两个主动式蓄冷器模块轴向之间、冷热流体通道外周及左右端面上均设有绝热层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制冷装置，特别涉及一种基于主动式蓄冷器模块的旋转式磁制冷 装置及其应用。
技术介绍
为了保护环境和提高能源利用效率，各国研究人员在为对传统气体压缩式制冷技 术寻找替代制冷剂的同时，也已开始新制冷方法的探索与研究。磁制冷是一种绿色环保的 新型制冷技术。该技术的实现是基于磁性材料的磁热效应，磁性材料在磁场的励(退)磁 过程中实现温度变化，期间通以换热流体将热量和冷量带出，从而实现制冷。当磁制冷技术工作在近室温区时，该技术凭借其未来广阔的应用前景及众多优良 特点如高效、高稳定性、长寿命、低噪音、环境友好及结构紧凑，已成为世界各国的研究热 点。室温磁制冷技术在过去近35年发展中取得了长足的进步，主要集中在巨磁热材料开 发、高场强永磁体设计及高性能磁制冷样机开发三个方面。截止2010年9月，世界范围已 经发布了 41台室温磁制冷样机/系统。磁制冷工质材料是磁制冷技术的关键之一。目前使用最广的室温磁制冷工质仍 是镧系稀土金属钆，其居里温度为293K，具有较大的磁热效应。1997年，Ames实验室的 Pecharsky和Gschneidner首次在Gd-Si-Ge合金中发现巨磁热效应，其等温磁熵变与绝热 温度改变要比Gd大70 80%。巨磁热效应的发现成为室温磁制冷发展的一个里程碑，加 速了室温磁制冷技术的发展。当前应用于室温磁制冷的磁场有超导磁体、电磁体和永磁体。低温超导磁体是已 知的能提供稳定强磁场的最佳形式，它能提供5T以上的磁场强度，但低温超导磁体需要液 氦进行低温冷却，结构形式复杂，能量消耗较大。电磁体也是室温磁制冷可以采用的磁场形 式，能提供2T以上的磁场强度，技术成熟可靠。但电磁体最大缺点是产生强磁场所需的电 流极大，能源消耗惊人，而且体积庞大，限制了其未来在室温磁制冷领域应用的可能。永磁 体由于其无能耗、结构简单和电磁干扰少而成为室温磁制冷未来应用方向。目前钕铁硼是 综合性能最佳的永磁体，因此在室温磁制冷机上应用最多，提供的的磁场强度低于1. 5T。作为室温磁制冷系统的核心部件，主动式蓄冷器可以减少外部蓄冷器形式中二次 换热产生的不可逆损失以及内部蓄冷器形式中的不同温度的蓄冷液体混合产生的不可逆 损失。主动式蓄冷器的概念是由Steyert于1978年引入的，并由Barclay和Steyert进一 步发展。从九十年代开始美国、日本及欧洲一些国家便开始重视主动式蓄冷器的研究。目 前主动式蓄冷器内部主要采用多孔结构的颗粒填充、板式填充、丝束状填充、层状填充及周 期性波浪状结构，传热流体直接流过蓄冷器内部进行对流换热。上述填充方式各有优缺点， 但我们应该意识到这种流动方案存在一个基本的矛盾，即为了获得尽可能大的制冷量应尽 可能多的填充磁热工质进而导致孔隙率降低，而较小的孔隙率会使流体流过填料床时带来 极大的压降损失。理想的填充结构要达到的目的是在可接受的压降范围内获得比较高的换 热效率及工质填充度。根据主动式蓄冷器进出磁场的方式，上述世界范围内41台样机及系统主要可分 为往复式及旋转式两大类。采用往复式主动蓄冷器的室温磁制冷系统存在运行频率低、制 冷量小及不紧凑等问题。中国专利CN1468357A及CN100592008C公布了两种旋转式磁制冷 系统，能有效提高系统运行频率。但旋转式室温磁制冷系统内部结构及永磁体结构设计复 杂，流体压降大，且大部分情况下需要设计专用的流体分配阀。因此旋转式系统加工精度要 求高，密封难度大且总体成本大幅增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
中两大类磁制冷机存在的问题，提供一种采用连续 旋转的主动式蓄冷器及简单有效的换热通道的旋转式磁制冷装置及其应用，以克服往复式 磁制冷系统运行频率低及制冷量小等缺点和改进旋转式磁制冷系统内部结构、流体分配系 统及外部永磁体设计复杂、系统压损大及密封难度高等不足。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的一种旋转式磁制冷装置，包括磁场源，主动式蓄冷器模块及冷热流体换热通道，其 特征在于，所述主动式蓄冷器模块包括两个，每个主动式蓄冷器模块由两个填料层径向夹 一层磁性工质床构成，两个主动式蓄冷器模块同轴轴向错开并周向相差180度布置，该两 个主动式蓄冷器模块同步旋转时交替通过上半部覆盖有磁场源的磁场区和下半部无磁场 区，所述蓄冷器模块旋转外周的磁场区空间中静止设有与高温端换热器连通的热流体通 道；所述蓄冷器模块旋转外周的无磁场区空间中静止设有与低温端换热器连通的冷流体通 道，所述两个主动式蓄冷器模块轴向之间、冷热流体通道外周及左右端面上均设有绝热层。上述方案中，所述两个主动式蓄冷器模块及外周的冷热流体通道均设计为半圆环 状。所述磁场源为永磁体，其结构为半圆环形状，将热流体通道、以及通过磁场区的主 动式蓄冷器模块包含在其中，提供径向的磁场。所述与高温端换热器连通的热流体通道，其入口连接第一循环泵，出口连接高温 端换热器构成高温循环回路；所述与低温端换热器连通的冷流体通道，其入口连接第二循 环泵，出口连接低温端换热器构成低温循环回路。以上旋转式磁制冷装置的应用，其特征在于，用于制冷时，高温端换热器与外部热 源接触且低温端换热器与被冷却空间接触；用作热泵时，低温端换热器与外部热源接触且 高温端换热器与被加热空间保持接触。本专利技术提供的旋转式磁制冷装置的优点是(1)该装置与传统蒸气压缩式系统相比，前者制冷效率更高，机械振动及相应的噪 声更小，可靠性更高，寿命更长且能最大程度上避免全球变暖效应；(2)该装置与往复式磁制冷系统相比，前者由于连续运转且两个蓄冷器模块交替 工作，因此运行频率更高，结构更加紧凑；换热流体保持单向流动，能有效避免换热流体往 返流动带来的混合损失；(3)该装置与以往旋转式磁制冷系统相比，内结构设计更加简单；无需设计专门 的流体分配系统，密封更加容易；换热流体并不直接流过磁性工质床，可在尽量提高磁性工 质填充度的同时有效降低系统压损。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术磁制冷装置结构示意图；图2是本专利技术的一个具体实施例。其中图2a是主动式蓄冷器模块和流体通道半 圆环轴测图；图2b是轴面剖视图。图3是本专利技术基于图2结构的采用双流通通道的另一个实施例图。图1至图3中1为第一填料层，2为第一磁性工质床，3为第二填料层，4、4’为冷 流体通道，5、5’为热流体通道，6为外部磁场源，7为驱动轴，8为绝热层，9为第一循环泵，10 为电机，11为高温端换热器，12为低温端换热器，13为第二循环泵，14为第四填料层，15为 第二磁性工质床，16为第三填料层。具体实施例方式如图1所示，本专利技术磁制冷装置包括两个主动式蓄冷器模块，一个主动式蓄冷器 模块由第一填料层1、第一磁性工质床2及第二填料层3组成；另一个主动式蓄冷器模块由 第三填料层16、第二磁性工质床15及第四填料层14组成。第一磁性工质床与第二磁性工 质床呈圆心对称并且两者几何结构及尺寸相同，第一填料层与第三填料层呈圆心对称并且 两者几何结构及尺寸相同，导热率均大于空气导热率，第二填料层与第四填料层呈圆心对 称并且两者几何结构及尺寸相同。使用中，电机10(变频电机或步进电机)带动驱动轴7 旋转，进而驱动两个蓄冷器模块同步旋转本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种旋转式磁制冷装置，包括磁场源，主动式蓄冷器模块及冷热流体换热通道，其特征在于，所述主动式蓄冷器模块包括两个，每个主动式蓄冷器模块由两个填料层径向夹一层磁性工质床构成，两个主动式蓄冷器模块同轴轴向错开并周向相差１８０度布置，该两个主动式蓄冷器模块同步旋转时交替通过上半部覆盖有磁场源的磁场区和下半部无磁场区，所述蓄冷器模块旋转外周的磁场区空间中静止设有与高温端换热器连通的热流体通道；所述蓄冷器模块旋转外周的无磁场区空间中静止设有与低温端换热器连通的冷流体通道，所述两个主动式蓄冷器模块轴向之间、冷热流体通道外周及左右端面上均设有绝热层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，俞炳丰，PW爱高尔夫，朱小许，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[]
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