專利名稱：室溫磁制冷系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室溫磁制冷系統(tǒng)及其應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù) 傳統(tǒng)的氣體壓縮式制冷技術(shù)由于存在影響環(huán)境的問題，諸如破壞臭氧層或產(chǎn)生溫室氣體等，限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。隨著禁氟令的臨近，尋找替代制冷技術(shù)是當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展要求的必然趨勢。磁制冷技術(shù)作為可替代技術(shù)之一，近幾年得到長足的發(fā)展，被認(rèn)為是一種有希望取代傳統(tǒng)制冷技術(shù)的綠色制冷技術(shù)。近十幾年磁制冷技術(shù)發(fā)展很快，尤其在室溫磁制冷領(lǐng)域，新材料、新技術(shù)、新型制冷機(jī)不斷涌現(xiàn)，顯示出勃勃的生機(jī)，不斷推進(jìn)室溫磁制冷技術(shù)邁向?qū)嵱没牟椒ァＤ壳笆覝卮胖评錂C(jī)主要分為兩類往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式。往復(fù)式機(jī)由于存在往復(fù)式機(jī)械運(yùn)動(dòng)造成運(yùn)轉(zhuǎn)頻率低，從而影響機(jī)器的制冷功率及制冷溫差。而旋轉(zhuǎn)式機(jī)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度要求高、密封困難等問題致使制造成本大大提高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對磁制冷機(jī)的上述問題，根據(jù)磁熱效應(yīng)原理，在往復(fù)式磁制冷機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，以克服往復(fù)式機(jī)頻率低、噪音大、制冷能力低等缺點(diǎn)，同時(shí)對旋轉(zhuǎn)式機(jī)存在的問題也進(jìn)行改進(jìn)，簡化整體結(jié)構(gòu)，解決其密封困難等問題。取兩者之長避其之短提供一種室溫磁制冷系統(tǒng)及其應(yīng)用，該系統(tǒng)采用雙極型內(nèi)外永磁轉(zhuǎn)子、中間固定式四廂制冷床結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是由以下方式實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的室溫磁制冷系統(tǒng)包括冷端換熱器、熱端換熱器、流體分配盤、磁場系統(tǒng)、制冷床、步進(jìn)電機(jī)，其特征是制冷床為圓環(huán)體，它是一個(gè)中空的腔體并且在環(huán)形上均分為四個(gè)腔室，每個(gè)腔室上下均有供流體出入的出入口，相對的腔室兩兩串聯(lián)，出口和入口在底部相連，每個(gè)腔室均裝填磁制冷材料；磁場系統(tǒng)包括內(nèi)磁場裝置和外磁場裝置，內(nèi)磁場裝置由永磁體制成，設(shè)于制冷床的圓環(huán)體內(nèi)，外磁場裝置由對稱設(shè)置的兩塊弧形面的永磁體組合而成，兩塊永磁體外設(shè)有軛鐵，外磁場裝置設(shè)于制冷床的圓環(huán)體外與內(nèi)磁場裝置構(gòu)成閉合磁路；步進(jìn)電機(jī)的主軸從內(nèi)磁場裝置的中心穿過并與內(nèi)磁場裝置固定，主軸的軸端與流體分配盤固定；冷端換熱器與制冷床的冷端出入口相連，而熱端換熱器通過流體分配盤與制冷床的熱端出入口相連。
流體分配盤由壓緊在一起的五層圓板組成，五層圓板至上而下，在上層圓板上的同一圓周上開有兩個(gè)通孔，在第二層圓板上的同一圓周上對稱地開有四個(gè)通孔，其中兩個(gè)通孔與上層圓板上的兩個(gè)通孔連通，四個(gè)通孔分為兩對，在圓板的上表面每對通孔之間設(shè)有連通槽，兩個(gè)連通槽相互平行，中間層為旋轉(zhuǎn)盤，其上開兩個(gè)對稱弧形槽，中心開有軸孔，第四層圓板與第二層圓板結(jié)構(gòu)相同但連通槽開在圓板的下表面上其與第二層圓板的連通槽成90°角，第五層圓板與上層圓板結(jié)構(gòu)相同但通孔的排列方向與上層圓板通孔的排列方向成90°角。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以提高磁制冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，從而改善制冷功率和制冷溫差，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)。



圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-圖6分別為流體分配盤第一層到第五層的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為制冷床的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為磁場處于不同方向時(shí)流體流向示意圖；圖9為本發(fā)明的工作原理示意圖；圖10為本發(fā)明用于室溫磁制冷冰柜的示意圖。
圖中1為軛鐵，2為外磁場裝置，3為無磁不銹鋼筒，4為制冷床，5為主軸，6為內(nèi)磁場裝置，7為導(dǎo)輪，8為流體出入口，9為流體分配盤，10、11為聯(lián)軸器，12為步進(jìn)電機(jī)，13為水泵，14為熱端換熱器(散熱器)，15為風(fēng)機(jī)，16為冷端換熱器(制冷器)，17為保溫箱。

具體實(shí)施例方式 參照附圖，本發(fā)明包括內(nèi)磁場裝置6、外磁場裝置2、中間固定式制冷床4、冷端換熱器16、熱端換熱器14、流體分配盤9，以及步進(jìn)電機(jī)12。冷端換熱器16直接與制冷床4的冷端出入口相連，而熱端換熱器14通過流體分配盤9與制冷床4的熱端出入口相連。在熱端換熱器14的周圍設(shè)風(fēng)機(jī)15用于加快散熱。流體分配盤9起流體換向作用，主軸每旋轉(zhuǎn)90度使流體分配盤9下端口的流體流向換向一次，使制冷床磁化和退磁時(shí)流經(jīng)其中的流體流向相反，即對每個(gè)制冷床來說，磁化時(shí)流體向一個(gè)方向流，退磁時(shí)則向相反的方向流。這種換向功能是由分配盤的結(jié)構(gòu)決定的，其結(jié)構(gòu)由五層板組成，中間層為與主軸5聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)盤，其上開兩個(gè)對稱弧形槽，旋轉(zhuǎn)盤兩側(cè)為雙層開有層間通道的固定式結(jié)構(gòu)。圖2-圖6分別為流體分配盤9第一層到第五層的結(jié)構(gòu)。為表示清楚，圖1中分配盤9分開畫出，實(shí)際為一體，它是流體換向部件，中間轉(zhuǎn)盤與主軸5聯(lián)動(dòng)，而且其相位可調(diào)，調(diào)整換向步調(diào)。中部的內(nèi)磁場裝置6由主軸5驅(qū)動(dòng)，在磁力的作用下外磁場裝置2也隨之一起聯(lián)動(dòng)。每旋轉(zhuǎn)90度，一對制冷床磁化而另一對制冷床退磁。內(nèi)外磁場裝置由NdFeB永磁體組合而成，并形成閉合磁路。內(nèi)外磁場裝置之間的圓環(huán)體為制冷床4，且在外磁場裝置與制冷床4間設(shè)有無磁不銹鋼筒3，在外磁場裝置的軛鐵1與無磁不銹鋼筒3之間設(shè)有導(dǎo)輪7。制冷床4是一個(gè)中空的腔體并且在環(huán)形上均分為四個(gè)腔室，每個(gè)腔室上下均有出入口，供流體出入，相對的腔室兩兩串聯(lián)，出口和入口在底部相連。每個(gè)腔室均裝填磁制冷材料，可以分組裝幾種具有不同居里溫度的磁制冷材料，材料形狀可以為球形顆粒、片狀、線狀、網(wǎng)狀等。本發(fā)明的下部為步進(jìn)電機(jī)12，它利用主軸5通過聯(lián)軸器10、11驅(qū)動(dòng)磁場系統(tǒng)及流體分配盤中的旋轉(zhuǎn)盤同步順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)也可以間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)。采用間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，磁場系統(tǒng)每轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)停頓一定時(shí)間，讓交換流體進(jìn)行熱交換。流體采用水和乙醇的混合體，由水泵13驅(qū)動(dòng)。流體分配盤9負(fù)責(zé)流體換向，內(nèi)外磁場系統(tǒng)每轉(zhuǎn)動(dòng)90度，流體換向一次，保證流體在制冷床磁化過程和退磁過程中流向相反，從而保證在制冷床中形成穩(wěn)定的溫度梯度，即產(chǎn)生前文提到的冷端和熱端，實(shí)現(xiàn)制冷。圖8為磁場處于不同方向時(shí)流體流向示意圖。圖9為本發(fā)明的工作原理示意圖，為簡明起見，圖中將串聯(lián)的制冷床合并為一體，同時(shí)將兩對磁體也合并為一個(gè)，流體分配盤簡化為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。
該本發(fā)明的系統(tǒng)可用于許多領(lǐng)域，如圖10所示，用于室溫磁制冷冰柜，圖中17為保溫箱。
權(quán)利要求
1、一種室溫磁制冷系統(tǒng)，包括冷端換熱器、熱端換熱器、流體分配盤、磁場系統(tǒng)、制冷床、步進(jìn)電機(jī)，其特征是制冷床為圓環(huán)體，它是一個(gè)中空的腔體并且在環(huán)形上均分為四個(gè)腔室，每個(gè)腔室上下均有供流體出入的出入口，相對的腔室兩兩串聯(lián)，出口和入口在底部相連，每個(gè)腔室均裝填磁制冷材料；磁場系統(tǒng)包括內(nèi)磁場裝置和外磁場裝置，內(nèi)磁場裝置由永磁體制成，設(shè)于制冷床的圓環(huán)體內(nèi)，外磁場裝置由對稱設(shè)置的兩塊弧形面的永磁體組合而成，兩塊永磁體外設(shè)有軛鐵，外磁場裝置設(shè)于制冷床的圓環(huán)體外與內(nèi)磁場裝置構(gòu)成閉合磁路；步進(jìn)電機(jī)的主軸從內(nèi)磁場裝置的中心穿過并與內(nèi)磁場裝置固定，主軸的軸端與流體分配盤固定；冷端換熱器與制冷床的冷端出入口相連，而熱端換熱器通過流體分配盤與制冷床的熱端出入口相連。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫磁制冷系統(tǒng)，其特征是流體分配盤由壓緊在一起的五層圓板組成，五層圓板至上而下，在上層圓板上的同一圓周上開有兩個(gè)通孔，在第二層圓板上的同一圓周上對稱地開有四個(gè)通孔，其中兩個(gè)通孔與上層圓板上的兩個(gè)通孔連通，四個(gè)通孔分為兩對，在圓板的上表面每對通孔之間設(shè)有連通槽，兩個(gè)連通槽相互平行，中間層為旋轉(zhuǎn)盤，其上開兩個(gè)對稱弧形槽，中心開有軸孔，第四層圓板與第二層圓板結(jié)構(gòu)相同但連通槽開在圓板的下表面上其與第二層圓板的連通槽成90°角，第五層圓板與上層圓板結(jié)構(gòu)相同但通孔的排列方向與上層圓板通孔的排列方向成90°角。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫磁制冷系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征是用于室溫磁制冷冰柜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種室溫磁制冷系統(tǒng)及其應(yīng)用，室溫磁制冷系統(tǒng)包括冷端換熱器、熱端換熱器、流體分配盤、磁場系統(tǒng)、制冷床、步進(jìn)電機(jī)，其特征是制冷床為圓環(huán)體，它是一個(gè)中空的腔體并且在環(huán)形上均分為四個(gè)腔室，每個(gè)腔室上下均有供流體出入的出入口，相對的腔室兩兩串聯(lián)，出口和入口在底部相連，每個(gè)腔室均裝填磁制冷材料；磁場系統(tǒng)包括內(nèi)磁場裝置和外磁場裝置，內(nèi)磁場裝置由永磁體制成，設(shè)于制冷床的圓環(huán)體內(nèi)，外磁場裝置由對稱設(shè)置的兩塊弧形面的永磁體組合而成，兩塊永磁體外設(shè)有軛鐵，外磁場裝置設(shè)于制冷床的圓環(huán)體外與內(nèi)磁場裝置構(gòu)成閉合磁路；步進(jìn)電機(jī)的主軸從內(nèi)磁場裝置的中心穿過并與內(nèi)磁場裝置固定，主軸的軸端與流體分配盤固定；冷端換熱器與制冷床的冷端出入口相連，而熱端換熱器通過流體分配盤與制冷床的熱端出入口相連。其優(yōu)點(diǎn)是可以提高磁制冷機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，從而改善制冷功率和制冷溫差，且結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)。
文檔編號(hào)F25B21/00GK101280983SQ20071030599
公開日2008年10月8日 申請日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者黃焦宏, 金培育, 楊寶榮, 閆宏偉, 劉翠蘭, 劉金榮, 馬志鴻 申請人:包頭稀土研究院