[发明专利]一种基于重力热管的单极及多级磁制冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁制冷技术领域，具体是一种基于重力热管的单极及多级磁制冷装置。

背景技术

当前国民经济的发展，对于制冷技术的需求越来越高，在某种场合，特别是无人值守的场合，需要低能耗、长寿命和高可靠的制冷装置。现有采用制冷压缩机的蒸汽压缩制冷，在运行中需要使用专用的制冷剂，多少存在环境污染、臭氧层破坏方面的问题。

磁制冷是一种基于磁性材料(磁制冷介质)为工质的制冷技术，其基本原理是采用磁性物质的磁热效应实现制冷。磁性材料在外界磁场消失后，由磁化状态转变为消磁状态，其内部磁矩由原来的顺应外部磁场的有序化转为消磁后的无序化，工质会从外界吸收热量；在外加磁场后，由消磁状态转变为磁化状态，此时其内部磁矩转变为有序状态，要向外界放出热量。由以上效应，可以通过合理控制的外加磁场的施加和消除，使磁性材料产生制冷效应。

磁制冷介质在工作过程中，本身在工作周期内即会放热又会吸热，温度会周期性升高或降低，无法直接与被制冷物体接触。而在磁制冷介质消磁后，温度降低，又有必要消除环境热量对于磁制冷介质的加热。通常磁制冷介质自身进行绝热，通过介质的不同流向，在工作周期内，将介质分别引入散热器和制冷器进行制冷和散热，通过分配阀或换向阀或移动装置等实现介质流向的选择性，最终实现热量流向的选择性。

重力热管是一种传热元件。在管壳内部充装饱和状态的工作介质，如水、乙醇等。

重力热管在工作时，吸热端(蒸发端)要低于放热端(冷凝端)。重力热管的工作过程如下：热量在吸热端(蒸发端)从外热源经过管壁传给工质液体，液体蒸发后形成蒸汽，在管内进行扩散和上浮。在冷凝段，工质蒸汽凝结成液体放出的热量再经过管壁传给冷源。工质凝结成液体后，在重力的作用下，再顺管壁回流到吸热端(蒸发端)。如此形成持续循环，可不断地将热量从蒸发段传递到冷凝段。因为重力热管主要是利用冷凝后的液体工质的自重在重力条件下实现顺利回流，因此具有明显的方向性，即只能将热量从下部向上部传递。

而本发明主要利用重力热管在重力场条件下的吸热和放热端的方向性分配原理，对于磁制冷介质在磁化和消磁状态下的放热及制冷过程进行选择性传热。

发明内容

本发明提供了一种基于重力热管的单极及多级磁制冷装置，根据磁制冷介质工作间歇性的特性，充分利用重力热管的方向性，合理地将热量进行由下向上的迁移，结合电磁铁的特性，实现无机械组件的制冷，并在此基础上实现多级磁制冷。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于重力热管的单极及多级磁制冷装置，由单个或多个磁制冷系统构成，其特征在于，所述磁制冷系统包括控制系统、电磁铁、磁制冷介质、与磁制冷介质紧密贴合或插入的上部热管以及与磁制冷介质紧密贴合或插入的下部热管，电磁铁布置在磁制冷介质上下两端，且与控制系统相连。

其中，单级磁制冷是通过以下步骤实现制冷的：

S1、控制系统向电磁铁通电，此时，磁制冷介质受到磁化，对外放热，温度升高；

S2、与磁制冷介质紧密贴合或插入的上部热管其吸热端(蒸发端)吸收了热量，将热量向上传递到外部，通过风机或冷却水进行排散；此时下部热管上部得到加热，由于其工作的方向性，不会将热量传递到下方；

S3、控制系统切断对电磁铁的通电，磁场消失，此时，磁制冷介质消磁，吸收外来热量，温度降低；

S4、与磁制冷介质紧密贴合或插入的下部热管其放热端(冷凝端)放出了热量，其下部将热量向上传递，并使热管下部对应的被制冷区域温度降低；

S5、经过步骤S1到S4的不断循环，实现了对于下部热管的下部的制冷。

其中，多级磁制冷是通过以下步骤实现制冷的：

S1、一级磁制冷介质磁化放热时，二级磁制冷介质退磁吸热，将一级磁制冷介质的热量吸走；

S2、一级磁制冷介质退磁吸热，对应与一级磁制冷介质的下部热管将热量传递给一级磁制冷器介质实现制冷；

S3、二级磁制冷介质磁化放热，由于重力热管的方向性，热量由对应于二级磁制冷介质的热管传递到上方通过环境或者是更高一级的磁制冷介质散热。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、最大限度减少了机械组件，实现静音工作；

2、消耗功率小，经济性高；

3、避免了采用制冷剂对于环境产生污染；

4、因为避免机械组件，可实现长寿命，并具有高可靠性；

5、通过多级磁制冷介质组合应用实现更好的制冷效果。

附图说明

图1为本发明实施例的系统示意图；