一種旋轉式串極磁制冷系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種旋轉式串極磁制冷系統，包括活動磁體和至少一個豎直設置的磁串，磁串包括依次串聯導通設置的絕熱腔體，絕熱腔體內部設置有磁工質；活動磁體反復交錯的對磁串中的磁工質進行磁化和退磁，對于同一磁串中的任意一個正處于退磁狀態的磁工質，與其相鄰的上下兩個磁工質必然處于磁化狀態；還包括輔助磁串內部熱能單向流動的熱流動結構，熱流動結構分別連通磁串的兩端；磁串中由于磁工質被磁化而產生的熱量在熱傳遞作用和熱流動結構輔助下單向流動，使磁串兩端形成冷端和熱端；冷端連接制冷腔，制冷腔設置在隔熱箱內部。本實用新型的磁制冷結構使用壽命長，制冷效果好，效率高，無污染，是一種具備實用價值的磁制冷技術方案。
【專利說明】一種旋轉式串極磁制冷系統
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種磁制冷裝置，尤其涉及的是一種旋轉式串極磁制冷系統。
【背景技術】
[0002]磁熱效應是磁性材料在磁化和退磁過程中由于內部磁熵變化而引起材料放熱和吸熱的現象，是材料的一種固有特性，磁制冷就是利用材料的磁熱效應來實現制冷目的。
[0003]傳統的磁制冷裝置包括固定設置的磁工質和反復對磁工質進行磁化和退磁的活動磁體，該技術的核心的思想是:對于單個的磁工質，利用活動用磁體對其進行反復磁化和退磁，根據磁熱效應，磁工質在磁化過程放熱，在退磁過程吸熱。在磁化致熱過程，傳統的磁制冷裝置通過散熱結構盡可能地將單個磁工質磁化時所產生的熱量排出，在磁工質退磁致冷過程，使磁工質盡可能吸收更多的外界熱量，營造出低溫的空間，實現制冷的效果。具體參見申請號為200710305996.7的發明專利公開的室溫磁制冷系統和申請號為201320101369.2的實用新型專利公開的磁制冷部件和磁制冷機，這兩個專利文獻所公開的磁制冷裝置均根據上述核心思想制作。
[0004]由于單個磁工質在磁化和退磁兩個過程中所產生的溫度差很小(一般為1_3°C)，同時又由于在低溫差條件下采用熱傳導方式速度慢，效率較低(導熱物質自身的熱容量存在，導致制冷效率降低)，因此系統無法及時的完全排出磁工質磁化時所產生的微小熱量，而這些熱量對制冷效應產生了負面影響，最終導致傳統的這種磁制冷裝置的制冷效果極差，完全不能達到傳統的家用冰箱的實用要求。
[0005]因此，現有技術還有待于改進和發展。

【發明內容】

[0006]本實用新型的目的在于提供一種旋轉式串極磁制冷系統，旨在解決傳統的制冷裝置制冷效果差的技術問題。
[0007]本實用新型的技術方案如下:一種旋轉式串極磁制冷系統，其中，包括活動磁體和至少一個豎直設置的磁串，所述磁串包括依次串聯導通設置的絕熱腔體，所述絕熱腔體內部設置有磁工質；所述活動磁體反復交錯的對磁串中的磁工質進行磁化和退磁，對于同一磁串中的任意一個正處于退磁狀態的磁工質，與其相鄰的上下兩個磁工質必然處于磁化狀態；
[0008]還包括輔助磁串內部熱能單向流動的熱流動結構,所述熱流動結構分別連通磁串的兩端；所述磁串中由于磁工質被磁化而產生的熱量在熱傳遞作用和熱流動結構輔助下單向流動，使磁串兩端形成冷端和熱端；所述冷端連接制冷腔，所述制冷腔設置在隔熱箱內部。
[0009]所述的旋轉式串極磁制冷系統,其中,還包括固定安裝活動磁體的磁體安裝架,所述磁體安裝架軸向轉動設置，磁體安裝架兩側錯位固定多個對磁串中的磁工質進行磁化和退磁的磁腔體；所述磁腔體包括上下固定設置的兩塊活動磁體，兩塊活動磁體之間形成對磁串中的磁工質進行磁化和退磁的腔體；
[0010]所述各絕熱腔體之間設置有空隙，所述磁體安裝架轉動，活動磁體周期經過絕熱腔體之間的空隙，磁腔體周期的交錯對磁串中的磁工質進行磁化和退磁，使各磁串兩端形成冷端和熱端。
[0011]所述的旋轉式串極磁制冷系統，其中，所述熱流動結構包括連通磁串兩端的管道，所述管道與磁串連通，管道與制冷腔內部均設置有傳遞熱能的制冷劑；所述管道靠近熱端處設置有散熱結構。
[0012]所述的旋轉式串極磁制冷系統，其中，所述管道靠近冷端處設置有加快管道內部制冷劑循環運動的輔佐循環泵。
[0013]所述的旋轉式串極磁制冷系統，其中，所述磁串中的各絕熱腔體之間設置有防止制冷劑倒流的止回結構。
[0014]所述的旋轉式串極磁制冷系統，其中，所述散熱結構通過一根豎直設置的豎直長管連接制冷腔。
[0015]所述的旋轉式串極磁制冷系統，其中，所述磁工質設置成外表面皺褶的多孔狀結構。
[0016]本實用新型的有益效果:本實用新型跳出了傳統的磁制冷結構的實際思路(傳統的磁制冷機的設計思路一直專注于如何讓磁工質在致熱(磁化)環節散發掉更多熱量，如何在制冷(退磁)環節讓工質吸收更多熱量)，沒有直接通過輔佐設備放大一個磁工質通過磁熱效應所產生的制冷效果，而是從宏觀角度去解決問題一將數十個工質串接在一起，讓其中一部分被磁化致熱，另外一部分被撤磁制冷，兩者相互協助，將磁制冷機的概念轉變成“熱能提升機”(熱能搬運)的概念，使磁串兩端產生較大的溫差，形成熱端和冷端，其冷端溫度完全符合家用冰箱制冷的要求。
[0017]本實用新型通過創造性的簡單結構，運用具備磁熱效應的磁工質，實現了具有高實用價值的磁制冷，解決了傳統磁制冷機的技術難題。在傳統磁制冷技術中，磁化致熱效應是負面效應，會抵消退磁致冷的效果，在本方案中，磁化致熱和退磁致冷都參與到制冷循環中來，都為制冷的有益效應，實現了制冷效率的大幅度提升，同時極大的強化了制冷效果。運用本實用新型的技術，相對于傳統的壓縮機制冷技術，在同等制冷量的情況下可以減少電能的消耗，同時消除傳統壓縮機制冷方式導致的環境污染問題。本實用新型的磁制冷結構使用壽命長，制冷效果好，效率高，無污染，是一種具備實用價值的磁制冷技術方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型中旋轉式串極磁制冷系統的結構簡圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。
[0020]人們對磁制冷技術的研究已經超過半個世紀，但一直沒有成功進入實用階段，其技術難點在于幾點:1、退磁致冷的制冷效果的表現微弱，需要進行積累才可產生明顯效果；
2、退磁致冷效應與磁化致熱效應是伴生關系，有退磁致冷必然會有磁化致熱，兩種效應交替產生，相互抵消。傳統的磁制冷的設計思路一直專注于如何讓磁工質在磁化致熱環節散發掉更多熱量，如何在退磁致冷環節讓磁工質吸收更多熱量。基于這個設計思路，傳統的磁制冷機結構復雜，耗能，制冷效果極差，無法滿足一般的冰箱制冷要求。
[0021]本實用新型提出的磁制冷結構并沒有考慮如何強化單個磁工質的制冷效果，而是從宏觀角度去解決問題，將數十個磁工質串接在一起，讓其中一部分被磁化致熱，另外一部分被退磁制冷，兩者相互協助，將制冷機的概念轉變成“熱能提升機”的概念，使磁串的兩端形成冷端和熱端，冷端溫度完全可以達到制冷的效果。
[0022]為了使本實用新型的技術方案更加容易被理解，首先對“熱能提升機”的概念進行簡單闡述。對于一個物體，如果直接“拿走”其熱能，使其某一部位的原子周圍電子振動(能級)減弱，最終導致該物體整體的電子振動(能級)減弱，這是傳統制冷的原理。假如對該物體，不直接“拿走”其熱能，只是通過一種“熱能提升裝置”(熱能搬運移動)使該物體的熱能分布不均勻，比如通過熱量搬運，將物體底部的熱量不斷往上搬運，令其下端溫度降低200C，上端溫度升高20°C，這就產生所謂的冷端和熱端，此時并沒有對該物體“給予或拿走”熱量(物體的總熱能不變)，但冷端完全達到了制冷的要求。以下，對本實用新型的技術方案進行詳細的說明。
[0023]基于上述原理，本實用新型公開了一種旋轉式串極磁制冷系統，如圖1所示，包括磁串200，該磁串200由多個連通設置的絕熱腔體210組成，各絕熱腔體210上下設置，每一個絕熱腔體內部設置有磁工質220。在磁串200的頂部設置有散熱結構300，底部設置有制冷腔400，磁串200通過管道500分別連接散熱結構300和制冷腔400，同時散熱結構300通過一根豎直設置的豎直長管510連通制冷腔400，形成循環回路。在該循環回路內部(管道、制冷腔、磁串和豎直長管內部)充斥著制冷劑，制冷劑在循環回路中循環流動，主要是用于帶動熱量循環運動。實際應用中，為了防止外部熱量進入制冷腔，將制冷腔放入隔熱箱410中設置。
[0024]如圖1所示，在磁串200的一側設置有固定安裝活動磁體110的磁體安裝架100，磁體安裝架100，軸向轉動設置(圖中箭頭為轉動方向)。兩個活動磁體110為一組，分別上下設置，形成多個對磁串200中的磁工質220進行磁化和退磁的磁腔體120，這些磁腔體120錯位設置在磁體安裝架100兩側(參見圖1)。各絕熱腔體210之間設置有空隙，磁體安裝架100轉動，活動磁體110周期經過絕熱腔體210之間的空隙，磁腔體120周期的交錯對磁串中的磁工質進行磁化和退磁，使各磁串兩端形成冷端和熱端。
[0025]本實用新型的磁制冷系統的工作過程如下:磁體安裝架100軸向轉動，磁腔體120周期的交錯對絕熱腔體210內部的磁工質220進行磁化和退磁，具體參見圖1，將磁工質從下到上進行編號，分別為第I號磁工質、第2號磁工質、第3號磁工質、第4號磁工質、第5號磁工質、第6號磁工質。初始狀態下，磁腔體120對第1、3、5號磁工質進行磁化，磁工質放熱，其對應的絕熱腔體的溫度上升，而第2、4、6號磁工質為退磁狀態，磁工質吸熱，其對應的絕熱腔體的溫度下降，第I號磁工質對應的絕熱腔體的溫度略高于第2號磁工質對應的絕熱腔體的溫度(依次類推第3、4、5、6號磁工質對應的絕熱腔體之間的溫度規律)。此時由于熱傳遞(或者其他輔佐結構、方法)的幫助下，第I號磁工質對應的絕熱腔體中的熱量向上運動，進入第2號磁工質對應的絕熱腔體中(其表現為制冷劑蒸汽的向上運動)，同理，第3號磁工質對應的絕熱腔體中的熱量向上運動，進入第4號磁工質對應的絕熱腔體中，第5號磁工質對應的絕熱腔體中的熱量向上運動，進入第6號磁工質對應的絕熱腔體中。當磁體固定架轉動半周，磁腔體對第2、4、6號磁工質進行磁化，其對應的絕熱腔體溫度上升，而第
1、3、5號磁工質進入退磁狀態，其對應的絕熱腔體溫度下降，制冷器中的熱量進入第I號磁工質對應的絕熱腔體，第2號磁工質對應的絕熱腔體的熱量進入第3號磁工質對應的絕熱腔體，第4號磁工質對應的絕熱腔體的熱量進入第5號磁工質對應的絕熱腔體，第6號磁工質對應的絕熱腔體的熱量進入散熱結構300，這些熱量經過散熱結構的作用，有一部分散發到外界，剩下的小部分熱量再經過豎直長管510進入制冷腔，再進行上述的步驟，形成熱量的循環(熱量的流動的表現形式為制冷劑氣液狀態的轉換以及流動)。通過這種結構，實現了熱量的搬運效果，在磁腔體周期的反復交錯對磁工質進行磁化和退磁后，達到一種動態平衡狀態，此時靠近磁串底部的絕熱腔體溫度較低(第I號磁工質對應的絕熱腔體和制冷腔的溫度最低)，靠近磁串頂部的絕熱腔體的溫度較高，形成冷端和熱端，在理想狀態下，冷端的溫度可以達到_25°C，熱端的溫度可以達到80攝氏度，經過實驗驗證，在實際狀態下，冷端的溫度可以達到_5°C，熱端的溫度達到55°C。
[0026]為了優化磁制冷的效率，滿足本實用新型的磁制冷結構對磁工質的要求，各磁工質的居里溫度點要求各不相同，自下而上呈現逐步遞增的規律。這是由于磁工質需要工作在其居里溫度點附近，才會發揮出本實用新型磁制冷系統的最佳性能。同時為了加快磁工質與其對應的絕熱腔體的熱量交換效率，磁工質設置成表面皺褶的多孔狀結構。
[0027]在理想狀態下，根據“熱能提升裝置”的概念(實現熱量流動，使其形成冷端和熱端，其對外表現的總熱量不變)，并不需要設置散熱結構。但是考慮到實際生產應用于理想狀態存在差異，同時為了提高本實用新型的磁制冷系統的制冷效率，在磁串的頂端(熱端)連接散熱結構，其作用是加快熱端的熱能想外界散發的效率(即不斷的減少系統的總熱能)。散熱結構的設置并不對熱量的流動產生影響。實際應用中，散熱結構多種多樣，可以采用增大與空氣接觸面積的方法(例如圖1中采用彎曲的通道)，或者安裝散熱風扇等，本實用新型并不對散熱結構的具體結構進行限定。
[0028]上述對本實用新型的磁制冷系統的工作過程描述中提及“輔助磁串熱傳遞的結構和方法”，在此，本實用新型列舉兩種，但是本實用新型并不對具體的輔佐結構和方法進行限定。為了使本實用新型的磁制冷系統工作更加穩定，其磁串中的熱傳遞更加穩定和快速，在各絕熱腔體的連接處設置止回結構(圖中沒畫出)，該止回結構的作用是防止制冷劑倒流(制冷劑制冷自下向上運動，即熱量自下向上傳遞)。具體的，止回結構可以采用單向閥門。進一步的，在豎直長管的下端設置一個輔佐循環泵600，以提高制冷劑(熱量)的循環效率。
[0029]實際應用中，磁串可以設置多個，磁體安裝架的結構也可以根據實際生產設置，只要磁體安裝架的結構以及工作方式滿足使活動磁體周期的反復交錯對磁串中的磁工質進行磁化和退磁即可，但優選的是旋轉式的磁體安裝架結構。同樣的，磁串上的磁工質可以根據需要設置多個，磁串的具體設置方向也不進行限定，但優選的是豎直設置。制作磁工質的材料可以選擇多種，例如鐵氧體材料、錫土合金、金屬釓等。
[0030]另外，實際應用中，豎直長管的作用是幫助系統形成熱能循環結構，其內部的制冷劑在重力的作用下，形成并保持向下的壓力。
[0031]實際應用中，假如將本實用新型用在大型的工業制冷系統中，其熱端所產生的溫度較高，這時，可以對采用常規的方法對熱端的熱能進行利用。[0032]本實用新型通過創造性的簡單結構，運用具備磁熱效應的磁工質，實現了具有高實用價值的磁制冷，解決了傳統磁制冷機的技術難題。在本方案中，磁化致熱和退磁致冷都參與到制冷循環中來，都為制冷的有益效應，實現了制冷效率的大幅度提升，同時極大的強化了制冷效果。運用本實用新型的技術，相對于傳統的壓縮機制冷技術，在同等制冷量的情況下可以減少電能的消耗，同時消除傳統壓縮機制冷方式導致的環境污染問題。本實用新型的磁制冷結構使用壽命長，制冷效果好，效率高，無污染，是一種具備實用價值的磁制冷技術方案。
[0033]應當理解的是，本實用新型的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，包括活動磁體和至少一個豎直設置的磁串，所述磁串包括依次串聯導通設置的絕熱腔體，所述絕熱腔體內部設置有磁工質；所述活動磁體反復交錯的對磁串中的磁工質進行磁化和退磁，對于同一磁串中的任意一個正處于退磁狀態的磁工質，與其相鄰的上下兩個磁工質必然處于磁化狀態； 還包括輔助磁串內部熱能單向流動的熱流動結構，所述熱流動結構分別連通磁串的兩端；所述磁串中由于磁工質被磁化而產生的熱量在熱傳遞作用和熱流動結構輔助下單向流動，使磁串兩端形成冷端和熱端；所述冷端連接制冷腔，所述制冷腔設置在隔熱箱內部。
2.根據權利要求1所述的旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，還包括固定安裝活動磁體的磁體安裝架，所述磁體安裝架軸向轉動設置，磁體安裝架兩側錯位固定多個對磁串中的磁工質進行磁化和退磁的磁腔體；所述磁腔體包括上下固定設置的兩塊活動磁體，兩塊活動磁體之間形成對磁串中的磁工質進行磁化和退磁的腔體； 所述各絕熱腔體之間設置有空隙，所述磁體安裝架轉動，活動磁體周期經過絕熱腔體之間的空隙，磁腔體周期的交錯對磁串中的磁工質進行磁化和退磁，使各磁串兩端形成冷端和熱端。
3.根據權利要求1所述的旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，所述熱流動結構包括連通磁串兩端的管道，所述管道與磁串連通，管道與制冷腔內部均設置有傳遞熱能的制冷劑；所述管道靠近熱端處設置有散熱結構。
4.根據權利要求3所述的旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，所述管道靠近冷端處設置有加快管道內部制冷劑循環運動的輔佐循環泵。
5.根據權利要求3所述的旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，所述磁串中的各絕熱腔體之間設置有防止制冷劑倒流的止回結構。
6.根據權利要求3所述的旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，所述散熱結構通過一根豎直設置的豎直長管連接制冷腔。
7.根據權利要求1-6任意一項所述的旋轉式串極磁制冷系統，其特征在于，所述磁工質設置成外表面皺褶的多孔狀結構。
【文檔編號】F25B21/00GK203785312SQ201420174518
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】趙天安, 顏天寶, 龍克文 申請人:佛山市川東磁電股份有限公司