CN105466071B - 旋转式多级磁制冷部件及磁制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式多级磁制冷部件及磁制冷设备，旋转式多级磁制冷部件包括转子组件和定子组件；转子组件包括转轴和第一磁体组件，第一磁组件包括第一磁体和第一导磁块，定子组件包括至少三层第二磁组件和多层磁制冷床，第二磁组件包括第二磁体和导磁板，相邻两层第二磁组件之间设置有一层磁制冷床并整体形成一定子单元层；其中一定子组件中位于奇数层的磁制冷床以及另一定子组件中位于偶数层的磁制冷床依次串联在一起形成第一热交换液流道，其中一定子组件中位于偶数层的磁制冷床以及另一定子组件中位于奇数层的磁制冷床依次串联在一起形成第二热交换液流道。多层磁制冷床间隔串联在一起分级制冷，提高了制冷效率。

Description

旋转式多级磁制冷部件及磁制冷设备

技术领域

本发明属于磁制冷技术领域，具体地说，是涉及一种旋转式多级磁制冷部件及磁制冷设备。

背景技术

磁热效应是磁性材料在磁化和退磁过程中由于内部磁熵变化而引起材料吸放热的一种性质，是材料的一种固有特性，磁制冷就是通过材料的磁热效应来实现制冷目的的，是一种具有环保、节能的新技术，而磁制冷设备便是采用磁热效应进行制冷。

目前，磁制冷设备通常包括热端散热器、冷端散热器、热交换液驱动泵和磁制冷部件，而磁制冷部件包括磁场***和磁制冷床，磁制冷床中填充中磁工质，通过磁场***对磁制冷床进行励磁和消磁，以实现磁制冷床中的磁工质制冷和制热。根据励磁和消磁的具体运行形式不同，磁制冷部件分为：旋转式磁制冷部件和往复式磁制冷部件。对于旋转式磁制冷部件，在工作过程中通过电机驱动磁场***或磁制冷床旋转360°，实现磁工质的励磁和消磁，磁工质将会进行吸热和放热两个过程。现有技术中的旋转式磁制冷部件通常采用一个磁场***对应对一个磁工质床进行励磁消磁，而在磁场***变化周期内，磁工质床将进行制冷和制热两个过程，也就是说，只有一半的时间用于制冷且制冷温跨度较小，导致现有技术中的旋转式磁制冷部件制冷效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转式多级磁制冷部件及磁制冷设备，以提高旋转式多级磁制冷部件制冷效率。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种旋转式多级磁制冷部件，包括转子组件和两个位于所述转子组件两侧的定子组件；所述转子组件包括转轴和固定在所述转轴上的第一磁体组件，所述第一磁组件包括第一磁体和设置在所述第一磁体两端的第一导磁块，沿所述转轴的轴线方向相邻的两个所述第一磁组件背向设置，所述定子组件包括至少三层第二磁组件和多层磁制冷床，所述第二磁组件包括第二磁体和设置在所述第二磁体两端面上的导磁板，相邻两层所述第二磁组件之间设置有一层所述磁制冷床并整体形成一定子单元层；其中一所述定子组件中位于奇数层的所述磁制冷床以及另一所述定子组件中位于偶数层的所述磁制冷床依次串联在一起形成第一热交换液流道，其中一所述定子组件中位于偶数层的所述磁制冷床以及另一所述定子组件中位于奇数层的所述磁制冷床依次串联在一起形成第二热交换液流道；对于两个所述定子组件位于同一层的两所述定子单元层对应有一所述第一磁组件，所述第一磁组件交替与两所述定子单元层接触；当所述第一磁组件与所述定子单元层接触时，所述第二磁组件中远离所述磁制冷床的所述导磁板与对应的所述第一导磁块接触磁导通，其中，所述第一磁体的磁极与所述第二磁体的磁极反向设置。

进一步的，所述第一磁体组件嵌入在所述转轴中；或者，所述第一磁体组件粘接在所述转轴上；或者，所述第一磁体组件固定在所述转轴上。

进一步的，所述转子组件整体呈圆柱结构。

进一步的，所述定子组件靠近所述转子组件的端部形成有弧形槽结构。

进一步的，所述转轴的两端部分别设置有第三磁组件，所述第三磁组件包括第三磁体和设置在所述第三磁体两端的第二导磁块，所述第三磁组件与对应位于所述转轴端部的所述第一磁组件背向设置；对于两个所述定子组件位于同一最外层的两所述第二磁组件，所述第三磁组件交替与两个所述第二磁组件接触；当所述第三磁组件与所述第二磁组件接触时，所述第二导磁块与对应的所述导磁板接触磁导通。

进一步的，所述磁制冷床一端部设置有与所述磁制冷床内部连通的端口，所述磁制冷床内的一端部设置有隔板，所述隔板位于两个所述端口之间将所述磁制冷床内部分隔成连通的两条热交换液流道，所述热交换液流道中填充有磁工质。

本发明还提供一种磁制冷设备，包括热端散热器、冷端散热器和热交换液驱动泵，还包括上述旋转式多级磁制冷部件，所述热端散热器、所述冷端散热器、所述热交换液驱动泵、所述旋转式多级磁制冷部件中的第一热交换液流道和第二热交换液流道连接在一起构成热交换液循环流路。

进一步的，所述热交换液驱动泵为双向泵，所述第一热交换液流道连接在所述热端散热器和所述冷端散热器之间，所述第二热交换液流道连接在所述热端散热器和所述冷端散热器之间。

进一步的，所述热交换液驱动泵为单向泵，所述热端散热器的两端口连接有热端换向阀，所述冷端散热器的两端口连接有冷端换向阀，所述第一热交换液流道连接在所述热端换向阀和所述冷端换向阀之间，所述第二热交换液流道连接在所述热端换向阀和所述冷端换向阀之间。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供的旋转式多级磁制冷部件及磁制冷设备，通过在转子组件两侧设置定子组件，转子组件在旋转过程中，第一磁组件交替与两侧定子组件中对应的定子单元层中的第二磁组件接触，从而使得位于该定子单元层中的磁制冷床进行励磁，而位于同一层中另一定子单元层中的磁制冷床进行消磁，不同的磁制冷床可以交替进行制冷，从而有效的提高了旋转式多级磁制冷部件制冷效率，以确保磁制冷设备具有较强的制冷能力。另外，两个定子组件中的多层磁制冷床间隔串联在一起，使得在转子组件旋转过程中，处于同一励磁或消磁状态的磁制冷床串联形成热交换液流道，热交换液能够依次在各层磁制冷床中流动以进行分级制冷，有效的增大制冷温跨度，更有利于提高制冷效率。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明旋转式多级磁制冷部件实施例的结构原理图一；

图2是图1中的磁制冷床处于励磁或消磁状态示意图一；

图3是本发明旋转式多级磁制冷部件实施例的结构原理图二；

图4是图3中的磁制冷床处于励磁或消磁状态示意图二；

图5是本发明旋转式多级磁制冷部件实施例的俯视图；

图6是本发明旋转式多级磁制冷部件实施例中磁制冷床的结构示意图；

图7是本发明磁制冷设备实施例的结构示意图一；

图8是本发明磁制冷设备实施例的结构示意图二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1-图2所示，本实施例旋转式多级磁制冷部件，旋转式多级磁制冷部件，包括转子组件100和两个位于转子组件100两侧的定子组件200；转子组件100包括转轴11和固定在转轴11上的第一磁体组件（未图示），转轴11由非导磁材料制成，第一磁组件包括第一磁体12和设置在第一磁体12两端的第一导磁块13，沿转轴11的轴线方向相邻的两个第一磁组件背向设置，定子组件200包括至少三层第二磁组件（未图示）和多层磁制冷床23，第二磁组件包括第二磁体21和设置在第二磁体两端面上的导磁板22，相邻两层第二磁组件之间设置有一层磁制冷床23并整体形成一定子单元层201；其中一定子组件200中位于奇数层的磁制冷床23以及另一定子组件200中位于偶数层的磁制冷床23依次串联在一起形成第一热交换液流道（未图示），其中一定子组件200中位于偶数层的磁制冷床23以及另一定子组件200中位于奇数层的磁制冷床23依次串联在一起形成第二热交换液流道，也就是说，对于两个定子组件200中的所有磁制冷床23，沿顺时针或逆时针方向，间隔设置的磁制冷床23依次串联在一起；对于两个定子组件200位于同一层的两定子单元层201对应有一第一磁组件，第一磁组件交替与两定子单元层201接触；当第一磁组件与定子单元层201接触时，第二磁组件中远离磁制冷床23的导磁板22与对应的第一导磁块13接触磁导通，其中，第一磁体12的磁极与第二磁体21的磁极反向设置。而第二磁组件中靠近磁制冷床23的导磁板22可以与第一磁体12接触或不接触，同时，第二磁体21可以与对应的第一导磁块13或不接触。

具体而言，本实施例旋转式多级磁制冷部件由转子组件100和两个定子组件200构成，转子组件100能够转动，实现定子组件200中磁制冷床23进行励磁和消磁。其中，定子组件200由多层第二磁组件和多层磁制冷床23组成，而每层磁制冷床23与其紧邻的两个第二磁组件构成一层定子单元层201，而两个定子组件200中位于同一层的两定子单元层201由转子组件100中对应的一第一磁组件交替实现两个磁制冷床23的励磁和消磁。磁制冷床23的励磁和消磁过程具体如下：以图2中最上方的两个定子单元层201为例，第一磁组件与左侧的定子单元层201接触后，左侧的定子单元层201中远离磁制冷床23的两个导磁板22与对应的第一导磁块13接触磁导通，此时，左侧的磁制冷床23处于励磁过程；而此时，由于右侧的定子单元层201未接触第一磁组件，右侧的磁制冷床23处于励磁过程，通过转子组件100旋转一周，可以实现两个定子组件200中同一层的两个磁制冷床23交替进行制冷，有效的提高了制冷效率。另外，对于两个定子组件200中的各个磁制冷床23，同时处于励磁或消磁状态的磁制冷床依次串联在一起，实现多级制冷，可以有效的增大制冷温跨度，进一步的提高制冷效率。

其中，本实施例中的第一磁体组件可以采用多种方式安装到转轴11上，例如：第一磁体组件粘接在转轴11上；或者，第一磁体组件通过螺钉等固定件固定在转轴11上。优选的，第一磁体组件嵌入在转轴11中。具体的，第一磁体12两端的第一导磁块13镶嵌在转轴11中，使得转子组件100整体呈圆柱结构，以确保转子组件100与定子组件200良好接触。优选的，如图5所示，定子组件200靠近转子组件的端部形成有弧形槽结构202。具体的，定子组件200中的第二磁体21、导磁板22和磁制冷床23靠近转子组件100的端部设计成弧形槽结构202，以增大转子组件100与定子组件200之间的接触面积，以满足磁制冷床23励磁所需要的时间长度。

进一步的，如图3-图4所示，转轴11的两端部分别设置有第三磁组件（未图示），第三磁组件包括第三磁体14和设置在第三磁体14两端的第二导磁块15，第三磁组件与对应位于转轴11端部的第一磁组件背向设置；对于两个定子组件200位于同一最外层的两第二磁组件，第三磁组件交替与两个第二磁组件接触；当第三磁组件与第二磁组件接触时，第二导磁块15与对应的导磁板22接触磁导通，而第三磁体14可以与第二磁体21接触或不接触。具体的，第三磁组件能够更有效的避免位于最外层的第二磁组件对消磁过程中的磁制冷床23产生影响而导致消磁不彻底，以图4中最上方的两个定子单元层201为例，右侧的定子单元层201处于励磁过程，而左侧的定子单元层201处于消磁过程；第三磁组件中的第二导磁块15与对应的左侧导磁板22接触磁导通，避免左侧磁制冷床23紧邻的两个第二磁体21产生过多的磁力泄漏，而影响左侧磁制冷床23进行充分的消磁，确保最外侧的磁制冷床23充分消磁。

更进一步的，磁制冷床23一端部设置有与磁制冷床内部连通的端口231，磁制冷床23内的一端部设置有悬空的隔板232，隔板232位于两个端口231之间将磁制冷床内部分隔成连通的两条热交换液流道233，热交换液流道233中填充有磁工质。具体的，隔板232将磁制冷床23的内部分隔成两条连通的热交换液流道233，其中一热交换液流道233与对应侧的端口231连接，而另一热交换液流道233与对应侧的端口231，热交换液在磁制冷床23走U型流程，并且热交换液从磁制冷床23的同一端部进出，更方便管路的连接。

本实施例旋转式多级磁制冷部件，通过在转子组件两侧设置定子组件，转子组件在旋转过程中，第一磁组件交替与两侧定子组件中对应的定子单元层中的第二磁组件接触，从而使得位于该定子单元层中的磁制冷床进行励磁，而位于同一层中另一定子单元层中的磁制冷床进行消磁，不同的磁制冷床可以交替进行制冷，从而有效的提高了旋转式多级磁制冷部件制冷效率，以确保磁制冷设备具有较强的制冷能力。另外，两个定子组件中的多层磁制冷床间隔串联在一起，使得在转子组件旋转过程中，处于同一励磁或消磁状态的磁制冷床串联形成热交换液流道，热交换液能够依次在各层磁制冷床中流动以进行分级制冷，有效的增大制冷温跨度，更有利于提高制冷效率。

另外，本发明还提供一种磁制冷设备，包括热端散热器、冷端散热器和热交换液驱动泵，还包括上述旋转式多级磁制冷部件，热端散热器、冷端散热器、热交换液驱动泵、旋转式多级磁制冷部件中的第一热交换液流道和第二热交换液流道连接在一起构成热交换液循环流路。

具体而言，本实施例中的热交换液驱动泵可以采用双向泵，也可以采用单向泵，以下结合附图进行说明。

如图7所示，热交换液驱动泵300为双向泵，第一热交换液流道连接在热端散热器400和冷端散热器500之间，第二热交换液流道连接在热端散热器400和冷端散热器500之间；或者，如图8所示，热交换液驱动泵300为单向泵，热端散热器400的两端口连接有热端换向阀401，冷端散热器500的两端口连接有冷端换向阀501，第一热交换液流道连接在热端换向阀401和冷端换向阀501之间，第二热交换液流道连接在热端换向阀401和冷端换向阀501之间。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种旋转式多级磁制冷部件，其特征在于，包括转子组件和两个位于所述转子组件两侧的定子组件；所述转子组件包括转轴和固定在所述转轴上的第一磁体组件，所述第一磁组件包括第一磁体和设置在所述第一磁体两端的第一导磁块，沿所述转轴的轴线方向相邻的两个所述第一磁组件背向设置，所述定子组件包括至少三层第二磁组件和多层磁制冷床，所述第二磁组件包括第二磁体和设置在所述第二磁体两端面上的导磁板，相邻两层所述第二磁组件之间设置有一层所述磁制冷床并整体形成一定子单元层；其中一所述定子组件中位于奇数层的所述磁制冷床以及另一所述定子组件中位于偶数层的所述磁制冷床依次串联在一起形成第一热交换液流道，其中一所述定子组件中位于偶数层的所述磁制冷床以及另一所述定子组件中位于奇数层的所述磁制冷床依次串联在一起形成第二热交换液流道；对于两个所述定子组件位于同一层的两所述定子单元层对应有一所述第一磁组件，所述第一磁组件交替与两所述定子单元层接触；当所述第一磁组件与所述定子单元层接触时，所述第二磁组件中远离所述磁制冷床的所述导磁板与对应的所述第一导磁块接触磁导通，其中，所述第一磁体的磁极与所述第二磁体的磁极反向设置。

2.根据权利要求1所述的旋转式多级磁制冷部件，其特征在于，所述第一磁体组件嵌入在所述转轴中；或者，所述第一磁体组件粘接在所述转轴上。

3.根据权利要求1所述的旋转式多级磁制冷部件，其特征在于，所述转子组件整体呈圆柱结构。

4.根据权利要求3所述的旋转式多级磁制冷部件，其特征在于，所述定子组件靠近所述转子组件的端部形成有弧形槽结构。

5.根据权利要求1-4任一所述的旋转式多级磁制冷部件，其特征在于，所述转轴的两端部分别设置有第三磁组件，所述第三磁组件包括第三磁体和设置在所述第三磁体两端的第二导磁块，所述第三磁组件与对应位于所述转轴端部的所述第一磁组件背向设置；对于两个所述定子组件位于同一最外层的两所述第二磁组件，所述第三磁组件交替与两个所述第二磁组件接触；当所述第三磁组件与所述第二磁组件接触时，所述第二导磁块与对应的所述导磁板接触磁导通。

6.根据权利要求1所述的旋转式多级磁制冷部件，其特征在于，所述磁制冷床一端部设置有与所述磁制冷床内部连通的端口，所述磁制冷床内的一端部设置有隔板，所述隔板位于两个所述端口之间将所述磁制冷床内部分隔成连通的两条热交换液流道，所述热交换液流道中填充有磁工质。

7.一种磁制冷设备，包括热端散热器、冷端散热器和热交换液驱动泵，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一所述的旋转式多级磁制冷部件，所述热端散热器、所述冷端散热器、所述热交换液驱动泵、所述旋转式多级磁制冷部件中的第一热交换液流道和第二热交换液流道连接在一起构成热交换液循环流路。

8.根据权利要求7所述的磁制冷设备，其特征在于，所述热交换液驱动泵为双向泵，所述第一热交换液流道连接在所述热端散热器和所述冷端散热器之间，所述第二热交换液流道连接在所述热端散热器和所述冷端散热器之间。

9.根据权利要求7所述的磁制冷设备，其特征在于，所述热交换液驱动泵为单向泵，所述热端散热器的两端口连接有热端换向阀，所述冷端散热器的两端口连接有冷端换向阀，所述第一热交换液流道连接在所述热端换向阀和所述冷端换向阀之间，所述第二热交换液流道连接在所述热端换向阀和所述冷端换向阀之间。