[发明专利]摆动式室温磁制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁制冷机，尤其涉及一种摆动式室温磁制冷机。

背景技术

目前，室温磁制冷研究在世界范围内积极开展，主要集中在磁制冷材料的制备以及磁制冷样机的研究方面。

(1)Gd及其化合物。目前最典型的可作磁性制冷循环工质的材料是镧系稀土金属钆Gd。Gd的居里温度为293K，接近室温，且具有较大的磁热效应。

(2)钙钛矿及类钙钛矿类化合物。近几年来，在具有超大磁热效应的钙钛矿锰氧化物中同时发现了大的磁熵变化，由此而引起对该类材料的广泛关注。该系列化合物的最大优点在于与Gd和GdSiGe成本大大降低，化学性能稳定(不用考虑防氧化的问题)，矫顽力小以及电阻率大。该系列化合物可以通过样品的掺杂很方便地调节其居里温度到所需范围，但是同时会导致磁熵变下降太多，另外，钙钛矿锰氧化物导热率太低，不利于传热，实用性降低。

(3)稀土-过渡金属间化合物。除前面提到的GdSiGe系列化合物以外，其它稀土-过渡金属间化合物也具有较大的磁熵变，且通过离子掺杂可以很方便地进行居里温度的调节。例如MnFePAs、MnAsSb、NiMnGa、La(Fe，Si)13等。

目前出现的室温磁制冷样机主要有两种形式，往复式室温磁制冷机和旋转式室温磁制冷机。往复式存在效率低的缺点，而旋转式则有结构复杂、工质盘受到单边力作用等缺点。

发明内容

为了解决往复式室温磁制冷机效率低和旋转式室温磁制冷机结构复杂、工质盘受到单边力作用等缺点，本发明提供了一种摆动式室温磁制冷机。所述技术方案如下：

一种摆动式室温磁制冷机，包括永磁体磁场源系统、磁工质转盘系统、流体热交换系统、运动控制系统；

永磁体磁场源系统：由两个相同的永磁体系统对称设置，所述永磁体系统，包括提供励磁源的永磁体和起导磁作用的E型导磁框架，所述导磁框架中部的磁铁芯将整个框架分为上下两个区间，所述磁铁芯的外端为上下突出的平台结构；在上下两区间内分别设有两层导磁材料，所述导磁材料的外端与磁铁芯的外端平齐，内端与框架内壁留有间隙，导磁材料与磁铁芯的平台之间形成工作间隙，在工作间隙外的导磁框架区间内按Halbach旋转定理确定的方向填入不同充磁方向的永磁体；

磁工质转盘系统：包括转轴及固定于转轴上的八个转盘盒，转盘盒分上下两层，每层四个，且对称设置，其中上层中相对称的两个转盘盒及下层中相对称的两个转盘盒分别位于两个永磁体系统的四个工作间隙中；在八个转盘盒中分别放置磁工质，磁工质随转轴的转动而进出磁场；所述位于工作间隙中的四个磁工质盒通过流体管道依次连接构成发热组，其余四个磁工质盒通过流体管道依次连接构成吸热组；

所述流体热交换系统包括热端热交换器、低温密闭空间以及封在其中的冷端热交换器；通过运动控制系统控制实现制冷，所述制冷过程为：流体在水泵的驱动下沿管道流过吸热组的四个磁工质，再流经冷端热交换器，流出冷端热交换器的流体流过放热组的四个磁工质，再流经热端热交换器，热端将热量散失到空气中。

所述运动控制系统：包括可编程序控制器(PLC)、步进电机和电磁阀，所述电磁阀共4个，分为两组；所述运动控制系统的控制过程为：当可编程序控制器发出命令使得一组磁工质盒在步进电机的带动下进入磁场区，此时可编程序控制器发出命令使得一组电磁阀和水泵打开，完成一个制冷过程；然后可编程序控制器控制步进电机转动轴转动90度，使另一组磁工质盒进入磁场；可编程序控制器发出命令切换为另一组电磁阀打开，完成第二个制冷过程；然后可编程序控制器控制步进电机转动轴反向转90度，重复第一个制冷过程，依次循环进行制冷。

所述导磁材料固定在E型导磁框架上。

所述突出的平台宽度占磁铁芯宽度的30％～50％。

所述导磁材料内端面与其一侧填充的永磁体之间留有间隙。

所述导磁材料的宽度与突出的平台宽度相同。

所述永磁铁系统的横截面为扇形。

所述的永磁体为稀土钕铁硼永磁体；所述的导磁铁芯框架以及导磁材料均为电工纯铁。

本发明的原理为：转轴摆动带动磁工质进出磁场空间，处于磁场空间的磁工质磁化放热，传热流体流向热端热交换器，将磁工质产生的将热量传给热端热交换器，热端热交换器再将热量传给高温空间；不在磁场空间的磁工质退磁吸热，传热流体流向冷端热交换器，磁工质通过流体、冷端热交换器从低温密闭空间吸收热量。

本发明提供的技术方案的效果和优点是：