[发明专利]一种静止式室温磁制冷机及其制冷方法

说明书

技术领域

本发明属于洁净能源磁制冷技术应用领域，具体涉及一种静止式永磁室温磁制冷机及其制冷方法。

背景技术

磁制冷作为一种新型的制冷方式，因其不用压缩机，效率高于气体制冷，具有明显的节能优势，而且所用传热工质为液体，清洁没有污染，越来越受到人们的重视。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(磁熵增大)，则从外界吸热。将励磁、吸热、去磁、放热等过程组成一个封闭的热力循环，通过外磁场变化，控制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。磁制冷技术的核心在于如何高效地对磁性材料进行励磁与退磁。

在世界范围内所有有关磁制冷装置的公开论文和专利中，绝大部分是基于旋转式或往复式的运动磁体来实现，典型的代表有美国NASA的G.V.Brown在1976年提出的首台往复式7T超导室温磁制冷样机(相应专利US4069028)，C.B.Zimm在2001提出的1.5T永磁体励磁旋转式磁制冷机(相应专利US20010925032)以及我国四川大学于2004年开发出永磁体励磁旋转式室温磁制冷样机(相应专利CN20041040922)。它们的升磁和降磁都是通过移动或者转动来产生磁场的磁体或者磁热材料本身来实现的。由于运动部件的存在，使得用以实现磁制冷热力循环的装置变得非常复杂，这不仅增加了系统的不可靠性，摩擦产生的热损耗也降低了系统的整体制冷效率，并且换热工质循环控制系统的复杂性也大大增加了。

除此以外，美国LosAlamos国家实验室的P.E.Blumenfeld在2002年提出了使用缓慢变化的电流通过高温超导磁体，产生1.7T缓慢周期变化的磁场来实现静止式的磁制冷。(相应论文Hightemperaturesuperconductingmagneticrefrigeration,AIPConferenceProceedings)但是超导磁体不仅造价昂贵，它们的运行也需要有严格的低温条件。更重要的是，由于交流损耗的存在，超导磁体电流的变化速率都必须限制在一定范围内，否则就会造成超导磁体的失超。在这种情况下，整个磁制冷循环的频率就大大降低了，从而也直接降低了系统的制冷量及效率。另外，清华大学的丁仁杰等在2004年也曾提出过使用带铁心的通电螺线管产生磁场，通过控制励磁电流实现无运动部件静止式的磁制冷的方案(相应专利CN20031050050)。这种带铁心励磁的磁制冷机虽然便于控制调节，但由于励磁电流强度受线圈发热限制，磁场强度和作用时间有限，因此，国内外也少有相应的进一步的研究。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种静止式永磁室温磁制冷机及其使用方法，其中通过对其关键组件如磁制冷工质等的具体结构及其设置方式进行研究和设计，相应能够在更为紧凑的结构上实现静止式磁制冷，同时具备结构简单、控制方便、经济性高等优点，因而尤其适用于空间较小的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁室温磁制冷机，其特征在于：所述制冷机包括导磁架3、永磁组体组件、激励线圈组件、磁制冷工质5、冷端换热器9及热端换热器10，其中：

所述永磁体组件包括第一永磁体和第二永磁体，它们整体相互上下对置地设置在所述导磁架上，并用于在两者之间提供；

所述激励线圈组件包括第一线圈2a和第二线圈2b，其中所述第一线圈4a环绕所述第一永磁体，所述第二线圈4b环绕所述第二永磁体，用于产生充磁或退磁所需要的脉冲式非振荡或振荡磁场

所述制冷工质5在脉冲式非振荡充磁磁场的作用下，由于磁热效应产生热量；在脉冲式振荡退磁磁场的作用下，由于磁热效应降低热量；并通过管路与所述冷端换热器9及所述热端换热器10相连，由此实现冷却过程。

作为进一步优选地，所述第一永磁体和所述第二永磁体呈T型；

作为进一步优选地，所述导磁架优选为C型；

作为进一步优选地，所述制冷工质5固定于所述第一线圈2a、所述第二线圈2b之间。

按照本发明的另一方面，提供了一种静止式永磁室温磁制冷机的制冷方法，所述制冷机包括：脉冲电源系统1、充退磁线圈2a和2b、永磁体4a和4b、磁制冷工质5、控制系统6、冷端换热器9及热端换热器10，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)关闭所述冷端换热器9及所诉热端换热器10，打开所述电源系统充电，充电完成后控制所述线圈2a、2b所述给永磁体4a、4b进行充磁；