本發(fā)明屬于磁制冷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種主動(dòng)式磁回?zé)崞骷按胖评湎到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前主流的制冷技術(shù)——蒸汽壓縮式制冷，采用cfcs、hcfcs等作為制冷工質(zhì)，面臨著兩方面的環(huán)境問題：破壞臭氧層以及溫室效應(yīng)。磁制冷技術(shù)利用磁熱材料的磁熱效應(yīng)來進(jìn)行制冷，即，當(dāng)外加磁場(chǎng)增大，磁熱材料被勵(lì)磁時(shí)，磁熵減少，溫度升高，通過換熱流體向外界放熱；當(dāng)外加磁場(chǎng)降低，磁熱材料退磁磁時(shí)，磁熵增加，溫度降低，再通過傳熱流體從外界吸熱。上述過程反復(fù)循環(huán)即可達(dá)到制冷或泵熱目的。由于磁制冷技術(shù)采用固體磁熱材料作為制冷工質(zhì)，以空氣或水作為傳熱流體，是一項(xiàng)完全綠色環(huán)保的制冷技術(shù)。

磁制冷機(jī)通常包括磁場(chǎng)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)以及含有磁熱材料的主動(dòng)式磁回?zé)崞?activemagneticregenerator，簡(jiǎn)稱amr)。主動(dòng)式磁回?zé)崞魇谴胖评錂C(jī)的核心，是實(shí)現(xiàn)磁熱轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)；磁場(chǎng)系統(tǒng)用來提供變化的磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)式磁回?zé)崞鳟a(chǎn)生磁熱效應(yīng)；熱交換系統(tǒng)則負(fù)責(zé)將主動(dòng)式磁回?zé)崞鞯臒崃總鬟f給外界環(huán)境和被制冷物體。

主動(dòng)式磁回?zé)崞饕话阌蓛刹糠纸M成，外部殼體和內(nèi)部磁熱材料。磁熱材料通常被加工成孔隙結(jié)構(gòu)，以便與傳熱流體進(jìn)行熱量交換。常見形式有板疊式、顆粒物填料式、蜂窩式等等。眾所周知，當(dāng)磁性材料被外部磁場(chǎng)勵(lì)磁時(shí)，其自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的退磁場(chǎng)，導(dǎo)致材料內(nèi)部實(shí)際磁場(chǎng)小于外部施加磁場(chǎng)。因此，磁制冷機(jī)中，總是希望盡量降低磁熱材料的退磁場(chǎng)。退磁場(chǎng)大小主要取決退磁因子。退磁因子具有明顯的為各向異性。例如，對(duì)于由若干平板狀磁熱材料堆疊而成板疊式主動(dòng)式磁回?zé)崞?，?dāng)外部磁場(chǎng)沿平板長(zhǎng)度方向時(shí)，退磁場(chǎng)最小，幾乎可以忽略，而當(dāng)外部磁場(chǎng)沿平板厚度方向時(shí)，退磁場(chǎng)可達(dá)外部磁場(chǎng)的60～90％。在旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)中，外部磁場(chǎng)不僅會(huì)有大小變化，其方向往往也隨之變化，無法保證始終沿退磁因子最小方向。另外，當(dāng)磁場(chǎng)方向變化時(shí)，磁熱材料本身還會(huì)受到磁力扭矩的作用產(chǎn)生一定應(yīng)力。由于目前室溫磁制冷機(jī)中的磁熱材料以稀土基化合物為主，而這類材料普遍特點(diǎn)是強(qiáng)度低、脆性大。因此，在上述磁力扭矩反復(fù)作用下，材料容易發(fā)生疲勞破壞，大大降低使用壽命。本發(fā)明的目的是為解決上述退磁場(chǎng)和應(yīng)力兩方面的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，有必要提供一種新型的主動(dòng)式磁回?zé)崞骷按胖评湎到y(tǒng)。該主動(dòng)式磁回?zé)崞髂軌蛴行У臏p少退磁場(chǎng)影響，提高整機(jī)制冷能力；同時(shí)又能夠減小磁力扭矩作用下對(duì)材料內(nèi)部產(chǎn)生的交變應(yīng)力，提高整機(jī)使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種主動(dòng)式磁回?zé)崞鳎んw、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和磁熱單元，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述磁熱單元均設(shè)于所述殼體內(nèi)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)部件和固定支架，所述固定支架通過所述旋轉(zhuǎn)部件設(shè)于所述殼體的內(nèi)壁上，所述磁熱單元包括多塊平行設(shè)置的板狀磁熱材料，所述磁熱單元設(shè)于所述固定支架上，當(dāng)外部磁場(chǎng)方向發(fā)生變化時(shí)，磁熱單元受到磁力扭矩作用，與外部磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述殼體包括套筒和設(shè)于所述套筒兩端的連接端蓋。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述套筒的兩端設(shè)有用于限定轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸向和徑向位移的限位機(jī)構(gòu)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述限位機(jī)構(gòu)為朝所述套筒外側(cè)凸起的凸臺(tái)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述連接端蓋與所述套筒之間采用螺紋密封連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別設(shè)于所述殼體的兩端。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)部件為軸承。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述軸承的外圈和所述殼體固定連接，所述軸承的內(nèi)圈與固定支架通過過盈配合連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固定支架包括環(huán)體和設(shè)于所述環(huán)體內(nèi)側(cè)的相對(duì)兩側(cè)的多個(gè)齒狀突起，且所述多個(gè)齒狀突起兩兩相對(duì)且間隔設(shè)置。

一種磁制冷系統(tǒng)，包括所述主動(dòng)式磁回?zé)崞鳌?/p>

上述主動(dòng)式磁回?zé)崞?，磁熱單元通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)于殼體內(nèi)，當(dāng)外部磁場(chǎng)方向發(fā)生變化時(shí)，磁熱單元在磁力扭矩的作用下與外部磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，使外部磁場(chǎng)方向始終能夠沿磁熱材料退磁因子最小的方向，保證磁熱材料內(nèi)部的磁場(chǎng)最大化，充分發(fā)揮磁熱材料的磁熱效應(yīng)，獲得最佳的制冷性能。同時(shí)，在磁力扭矩作用下，磁熱單元通過旋轉(zhuǎn)，避免了磁熱材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力，提高整機(jī)使用壽命。

附圖說明

圖1為一實(shí)施方式的主動(dòng)式磁回?zé)崞髌拭娼Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示的主動(dòng)式磁回?zé)崞鞯臍んw的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所示的主動(dòng)式磁回?zé)崞鞯霓D(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖1所示的磁熱單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1所示的主動(dòng)式磁回?zé)崞骱屯獠看艌?chǎng)源結(jié)合的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為磁熱單元與磁場(chǎng)方向的示意圖；

圖7為采用圖1所示主動(dòng)式磁回?zé)崞鞯囊环N磁制冷系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清晰，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1至圖4，一實(shí)施方式的主動(dòng)式磁回?zé)崞?00，包括殼體10、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20和磁熱單元30。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20和磁熱單元30均設(shè)于殼體10內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20包括旋轉(zhuǎn)部件和固定支架22，固定支架22通過旋轉(zhuǎn)部件20設(shè)于殼體10的內(nèi)壁上。磁熱單元30包括多塊平行設(shè)置的板狀磁熱材料32，磁熱單元30設(shè)于固定支架22上。當(dāng)外部磁場(chǎng)方向發(fā)生變化時(shí)，磁熱材料受到磁力扭矩作用，與磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，且二者方向的夾角始終沿著磁熱材料退磁因子最小的方向。

在本實(shí)施方式中，請(qǐng)參考圖2，殼體10包括套筒12和設(shè)于套筒12兩端的連接端蓋14。套筒12為筒狀結(jié)構(gòu)。連接端蓋14為漏斗狀結(jié)構(gòu)。連接端蓋14的錐尖處用于流體的流進(jìn)和流出。套筒12兩端的連接端蓋14分別與傳熱流體管道連接，傳熱流體從套筒12一端的連接端蓋14進(jìn)入，從套筒12另一端的連接端蓋14流出，傳熱流體在殼體10內(nèi)部流動(dòng)，與磁熱材料進(jìn)行換熱。在本實(shí)施方式中，連接端蓋14與套筒12之間采用螺紋密封連接，方便拆卸安裝。可以理解，連接端蓋14與套筒12之間也可以采用其他方式連接。

套筒12的兩端設(shè)有用于限定轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20的軸向和徑向位移的限位機(jī)構(gòu)，用于限定轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸向和徑向位移。在本實(shí)施例中，請(qǐng)參考圖2，限位機(jī)構(gòu)為朝套筒外側(cè)凸起的凸臺(tái)122。

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)于殼體10內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20與殼體10之間可以通過溝槽、凸臺(tái)、螺栓或其他方式連接固定。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20軸向或徑向的位移被約束，但可在受外力作用時(shí)，沿周向自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20設(shè)于凸臺(tái)122內(nèi)。在本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20分別設(shè)于殼體10的兩端。

在本實(shí)施方式中，請(qǐng)參考圖3，旋轉(zhuǎn)部件為軸承24。軸承24的外圈242和殼體10固定連接，軸承24的內(nèi)圈244與固定支架22通過過盈配合連接。旋轉(zhuǎn)部件通過采用軸承24，很小的磁力扭矩就能使磁熱單元30產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使得磁熱單元30產(chǎn)生的應(yīng)力也很小，從而提高了其使用壽命。

在本實(shí)施方式中，請(qǐng)參考圖3，固定支架22包括環(huán)體222和設(shè)于環(huán)體222內(nèi)側(cè)的相對(duì)兩側(cè)的多個(gè)齒狀突起224，且多個(gè)齒狀突起224兩兩相對(duì)且間隔設(shè)置。板狀磁熱材料32設(shè)于相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)齒狀突起224上，且被兩個(gè)相鄰的齒狀突起224夾緊。磁熱單元30形成帶有狹縫流道的板疊，傳熱流體進(jìn)入主動(dòng)式磁回?zé)崞?00后，將從上述狹縫流道內(nèi)穿過，與磁熱材料進(jìn)行換熱。磁熱單元30固定在固定支架22上，可以使磁熱單元30的徑向軸向位移被限制，但可沿周向自由轉(zhuǎn)動(dòng)。具體的，請(qǐng)參考圖4，在本實(shí)施方式中，磁熱單元30包括若干塊長(zhǎng)度相等、寬度不等的板狀磁熱材料32。各板狀磁熱材料32根據(jù)其寬度依次對(duì)應(yīng)嵌入固定支架22中，并借助固定支架22上的齒狀突起224固定，形成帶有狹縫流道的板疊。板狀磁熱材料具有各向異性的退磁因子。

請(qǐng)參考圖5和圖6，磁場(chǎng)的磁場(chǎng)源200是一種磁制冷機(jī)中常用的環(huán)形永磁結(jié)構(gòu)，其根據(jù)halbach磁路理論設(shè)計(jì)，分內(nèi)外兩層，每層磁體都是由若干塊扇形磁體構(gòu)成，每塊磁體的磁極方向不同。磁場(chǎng)源200的充磁方向見圖6。當(dāng)內(nèi)層或外層磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)在中心形成大小和方向變化的磁場(chǎng)。

上述主動(dòng)式磁回?zé)崞?00，請(qǐng)同時(shí)參考圖1和圖6，磁熱單元30通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)20設(shè)于殼體10內(nèi)，當(dāng)外部磁場(chǎng)發(fā)生變化(大小和方向均產(chǎn)生變化)時(shí)，受磁力影響，磁熱單元30在磁力扭矩的作用下與外部磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，磁熱單元30會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)至與磁場(chǎng)平行的位置，而該位置恰好也是退磁因子最小方向，從而使外部磁場(chǎng)方向始終能夠沿磁熱材料退磁因子最小的方向，最大程度的降低了磁熱材料內(nèi)部的退磁場(chǎng)，保證磁熱材料內(nèi)部的磁場(chǎng)最大化，充分發(fā)揮磁熱材料的磁熱效應(yīng)，獲得最佳的制冷性能。同時(shí)，在磁力扭矩作用下，磁熱單元30通過旋轉(zhuǎn)，避免了磁熱材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力，提高整機(jī)使用壽命。

此外，上述主動(dòng)式磁回?zé)崞?00還可以應(yīng)用于磁制冷系統(tǒng)。本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊粚?shí)施方式的磁制冷系統(tǒng)，包括上述主動(dòng)式磁回?zé)崞?00。

具體的，如圖7所示，磁制冷系統(tǒng)包括主動(dòng)式磁回?zé)崞?00、磁場(chǎng)源200、低溫?fù)Q熱器300、室溫?fù)Q熱器400、推移活塞500、電動(dòng)缸600、同步帶輪700、電機(jī)800以及連接管道。主動(dòng)式磁回?zé)崞?00、低溫?fù)Q熱器300、推移活塞500和室溫?fù)Q熱器400依次通過連接管道連接形成一個(gè)循環(huán)。

磁制冷系統(tǒng)中一般采用水作為傳熱流體。電動(dòng)缸600可以推動(dòng)推移活塞500往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使磁制冷系統(tǒng)中的水形成往復(fù)流動(dòng)。電機(jī)800通過同步帶輪700驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)源200的內(nèi)層磁體旋轉(zhuǎn)，對(duì)回?zé)崞?00進(jìn)行勵(lì)磁和退磁。電機(jī)800與電動(dòng)缸600通過控制系統(tǒng)按照一定的時(shí)序相位匹配運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)制冷，具體過程如下：

1)電機(jī)800驅(qū)動(dòng)內(nèi)層磁體從磁場(chǎng)最強(qiáng)位置旋轉(zhuǎn)180°至磁場(chǎng)最弱位置，回?zé)崞?00退磁，溫度降低，此過程中板疊也隨磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，與磁場(chǎng)方向保持平行；

2)電動(dòng)缸600推動(dòng)活塞500向左運(yùn)動(dòng)，管路中的流體逆時(shí)針流動(dòng)，流體經(jīng)過回?zé)崞?00后，溫度降低，隨后進(jìn)入低溫?fù)Q熱器300從外界吸熱，實(shí)現(xiàn)制冷；

3)電機(jī)800驅(qū)動(dòng)內(nèi)層磁體從磁場(chǎng)最弱位置旋轉(zhuǎn)180°至磁場(chǎng)最強(qiáng)位置，回?zé)崞?00勵(lì)磁，溫度升高，此過程中板疊也隨磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，與磁場(chǎng)方向保持平行；

4)電動(dòng)缸600推動(dòng)活塞500向右運(yùn)動(dòng)，管路中的流體順時(shí)針流動(dòng)，流體經(jīng)過回?zé)崞?00后，溫度升高，隨后進(jìn)入高溫?fù)Q熱器400，將低溫端吸收的熱量排放至環(huán)境。

上述4個(gè)過程循環(huán)往復(fù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。