本发明专利技术公开了一种用于磁制冷机的热开关磁蓄冷装置，用于设置在一可控磁场源中，该装置包括构成传热回路的磁蓄冷器和传热组件，传热组件包括至少一个热开关单元，磁蓄冷器为装有磁性工质的容器，热开关单元的一部分设置于磁蓄冷器内部与磁性工质接触，在磁场变化过程中有效地使磁性工质与外界进行热输运。热开关是热二极管、超导开关、磁热开关或其它形式的热量传递控制装置，磁性工质是固体、液体或其它形式的磁热材料。在可控磁场的作用下，实现磁性工质在充磁阶段向热源放热与在去磁阶段向冷源吸热，以达到制冷目的。该装置具有极好的热输运方向性和高效的磁热耦合机制，具有效率高、结构紧凑、运行稳定和经济性好等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于洁净能源磁制冷技术应用领域，具体涉及ー种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，它能够提高电磁能与热能能量转换效率、可靠性、经济性与实用性。
技术介绍
磁制冷是基于磁性材料的磁热效应(MCE)在制冷领域的应用。磁热效应是磁性材料物质的ー种固有特性。磁性材料在受到外磁场的作用被磁化时，系统的磁有序度加强(磁熵减小)，对外界放热；当外磁场撤去退磁时，磁有序度下降(磁熵増大)，则从外界吸热。将励磁、吸热、去磁、放热等过程组成ー个封闭的热カ循环，通过外磁场变化，控制磁熵，基于磁热效应的能量转换，达到连续不断地从一端放热，从另一端吸热的制冷目的。磁制冷技术是ー种高效绿色环保的制冷技木。与现有一般传统的依靠气体压缩与膨胀的制冷技术相比，具有显著的优点I.磁制冷循环效率可以达到卡诺循环的30% 60%，而依靠气体的压缩与膨胀的制冷循环一般只能达到5% 10%。2.磁制冷采用磁性材料作为制冷エ质,对大气和臭氧层无污染破坏。3.磁性エ质材料的熵密度远大于气体的熵密度，因此制冷装置可以做的更紧凑。4.磁制冷可以用电磁体或超导磁体以及永磁体等提供所需的外加磁场，无需压缩机，没有运动部件的机械磨损问题。因此具有机械振动及噪声小，工作可靠性高，使用寿命长等特点。磁制冷机技术虽具有显著的技术优点，但在实际设计与制造上存在着若干关键技术和技术难题。当温度在20K以上，特别是近室温附近，磁性离子系统热运动大大加强，磁性材料的晶格熵増大到不能忽视的程度，磁制冷系统的部分制冷能力将消耗于冷却晶格热负荷，从而系统的制冷能力下降。在系统中增加磁蓄冷器可以在循环的某ー阶段将晶格系统释放的热量储存，而在另ー个阶段再返还到晶格系统中，这样磁制冷系统中用于冷却晶格热负荷的那部分制冷能力将得到更有效的利用，有效熵变増加，温跨増大。磁制冷技术的主要科学问题是电磁能与热能的耦合机理和有效热输运机制。从提高磁制冷机的热效率来看，必须使MCE产生的冷量在制冷循环的周期内尽快尽多地帯走，这样除了采用高效的传热机制外，减少热量回流、保证热量传递的方向性就显得尤为重要。相对于现有的用阀门控制热量传递方向的磁制冷机，采用热开关(如热ニ极管)的磁制冷机不仅结构简单、运行可靠，而且它能更加快速、直接、有效地控制磁蓄冷装置中的热量传递，因而采用热开关磁蓄冷装置的磁制冷机能够很大程度地減少循环中的不可逆损失，使实际得到的磁制冷循环更加接近逆向卡诺循环，从而使磁制冷机能够获得更高的热效率。 2004年4月7日公开的CN 2610281Y的中国专利文献“一种磁热量的传热装置”，该装置采用热管传递磁热效应产生的热量，具有简洁高效的特点。但不足的是该专利文献只单一作为ー种传热装置。2008年I月30日公开的CN 101115962A的中国专利技术专利公开说明书公开了ー种制造用于活性磁制冷机的磁蓄冷器的方法，活性磁蓄冷器中磁性材料既是磁性エ质又是蓄冷材料。但对蓄冷器在逆向热カ循环中的ー些主要问题没有涉及。总的来说，目前国内外这方面报道甚少。磁制冷技术是电磁能和热能的转换，研究磁热稱合机制是突破磁制冷技术应用主要的理论基础和关键技术。在晶格系统电磁输运与热输运的耦合，既具有瞬态时序性，又具有严格热流方向性。对解决热流的方向性研究未见报道
技术实现思路
本专利技术是基于磁热效应能量转换的机制，提供一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，该磁蓄冷装置具有效率高、结构紧凑、运行稳定和经济性好的特点。本专利技术提供的一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，用于设置在一可控磁场源中，其特征在干，该装置包括构成传热回路的磁蓄冷器和传热组件，该传热组件包括至少ー个热开关单元，磁蓄冷器为装有磁性エ质的容器，热开关単元的一部分设置于磁蓄冷器内部与磁性エ质接触，在磁场变化过程中有效地使磁性エ质与外界进行热输运。作为上述技术方案的改进，所述传热组件中只包括ー个热开关单元时，该热开关単元用于磁蓄冷器的放热或吸热过程，磁蓄冷器的吸热或放热过程由磁蓄冷器与阀门、泵、管道及换热器连接构成流通回路来完成。作为上述技术方案的进ー步改进，传热组件包括至少ニ个热开关単元，用于同一热流方向时，各个热开关单元保持传热方向的一致性。磁热效应是电磁能和热能的转换，这是一个基于复杂的磁热耦合机制的能量转换，迅速而又高效率地进行自旋系统和热源之间的能量转换，在磁场变化和电磁效应作用下，本专利技术的磁蓄冷装置中的热输运特征，既具有瞬态时序性，又具有严格热流方向性。在磁热耦合过程中，磁性材料的磁化/去磁时间(即磁制冷循环的周期)越长，所得到的制冷量会越大，但这会损失磁制冷装置的效率。本专利技术采用热开关来控制在磁场变化下磁蓄冷器中的热输运，不仅可以高效稳定地控制热运输的方向，实现在有限的制冷循环时间内尽可能地传输热量，极大的減少热量损失，使整个装置的制冷循环过程更加接近逆向卡诺循环，而且在机构上可以紧凑高效，从而提高整个磁制冷机的转换效率。采用本专利技术解决了普通蓄冷装置由于流动死容积影响传热，和阀门开关时管路流体回流损失制冷量，与避免管道、阀门等结构复杂、及难以微型化、经济性低等问题。同时它还解决了单一使用热管作为传热装置无法有效利用磁性材料的磁热效应，而建立高效磁制冷机的机制，实现磁制冷机热开关磁蓄冷器利用MCE高效制冷的目的。其实质是，整个磁制冷系统的实际效率主要取决于两个方面，ー是科学的电磁输运和热输运的稱合与转换机制，ニ是蓄冷器和热输运性能的完善与优化及尽量減少传输过程的热损失。该磁蓄冷装置具有效率高、结构紧凑、运行稳定和经济性好等优点。附图说明图I为本专利技术的原理的示意图；图2为使用多个热开关结构的磁蓄冷器装置结构示意图，其中，(a)为整体结构原理图，(b)为俯视剖面图；图3为本专利技术的实施例I的示意图；图4为本专利技术的实施例2的示意图；图5为本专利技术采用的一种热开关的的示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 如图I和图2所示，本专利技术提供的磁制冷机热开关磁蓄冷装置，设置在一可控磁场源中，包括磁蓄冷器和至少ー个热开关単元，完成在磁场变化过程中磁蓄冷器内的磁性エ质与外界进行热输运。磁蓄冷器为装有磁性エ质的容器，热开关単元的一部分设置于磁蓄冷器内部与エ质接触。所述磁性エ质可以是固体(如金属Gd)、液体(如液态磁性纳米合成物)或其它形式的磁热材料。蓄冷エ质可以是磁性エ质本身，也可以是组合其它传热エ质。当磁性エ质为固体时，可以在磁蓄冷器中充填液态或气态的热交换介质。该磁制冷机热开关磁蓄冷装置结合管道、阀门等流动组件使用时，采用的热交换介质可以是液体、气体或其它形式的流体。热开关単元可以是热ニ极管、超导开关、磁热开关或其它形式的热量传递控制装置。当在磁蓄冷器腔和管ロ之间设置网和密封件时，可以防止磁性エ质和蓄冷エ质的泄漏。在磁蓄冷器外壁、热开关単元外壁、管道外壁及其它组件外设置绝热结构以减少漏热损失。传热组件中只包括ー个热开关单元时，该热开关单元用于磁蓄冷器的放热或吸热过程，磁蓄冷器的吸热或放热过程由磁蓄冷器与阀门、泵、管道及换热器连接构成流通回路来完成。当传热组件包括多个热开关单元时，位于磁蓄冷器两端的热开关単元的数量可以相等或本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，用于设置在一可控磁场源中，其特征在于，该装置包括构成传热回路的磁蓄冷器和传热组件，该传热组件包括至少ー个热开关単元，磁蓄冷器为装有磁性エ质的容器，热开关単元的一部分设置于磁蓄冷器内部与磁性エ质接触，在磁场变化过程中有效地使磁性エ质与外界进行热输运。2.根据权利要求I所述的用于磁制冷机的磁蓄冷装置，其特征在于，所述传热组件中只包括ー个热开关单元时，该热开关单元用于磁蓄冷器的放热或吸热过程，磁蓄冷器的吸热或放热过程由磁蓄冷器与阀门、泵、管道及换热器连接构成流通回路来完成。3.根据权利要求I所述的用于磁制冷机的磁蓄冷装置，其特征在干，传热组件包括至少ニ个热开关单元，用于同一热流方向时，各个热开关单元保持传热方向的一致性。4.根据权利要求I、2或3所述的用于磁制冷机的磁蓄冷装置，其特征在于，所述磁性エ质是固体、液体或其它形式的磁热材料。5.根据权利要求4所述的用于磁制冷机的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王惠龄，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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