旋转式室温磁制冷机及其制冷方法与流程

1.本发明属于室温磁制冷技术领域，具体涉及一种旋转式室温磁制冷机及其制冷方法。

背景技术：

2.目前，传统压缩制冷对臭氧层会产生危害，会间接导致人类生存环境的变化。根据蒙特利尔协议和京都协议，气体压缩制冷采用无氟的制冷剂，例如r410。虽然新的制冷工质不再对臭氧产生不利影响，但是会导致温室效应，仍然会破坏自然环境。
3.由于在传统压缩气体制冷中，制冷剂被压缩机等熵压缩，再进入冷凝器冷却，进入节流阀，最后出节流阀进入蒸发器；按照这样循环工作，整个热力学循环的四部分是在制冷剂经过不同机械部分完成的。而室温磁制冷的热力学循环是在蓄热器中完成循环，制冷剂即磁工质不动，只是磁场强度变化，就能完成热力学循环；室温磁制冷相比传统磁制冷方式，传统磁制冷方式存在机械结构复杂、制冷功耗高、机械噪音大等问题。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种旋转式室温磁制冷机及其制冷方法，能够大大降低磁制冷工作功耗及噪音。
5.为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
6.旋转式室温磁制冷机，包括：旋转磁工质床、磁体、蓄冷器、散热器、循环泵、电磁阀组、电机；电磁阀组包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀；旋转磁工质床通过管路连接第一电磁阀，蓄冷器通过管路连接第三电磁阀，循环泵设置在第三电磁阀、蓄冷器之间的管路上；第一电磁阀、第三电磁阀串接在旋转磁工质床与蓄冷器之间；蓄冷器通过管路连接散热器，第二电磁阀、第四电磁阀串接在蓄冷器与散热器之间；第五电磁阀一端连接在第一电磁阀与旋转磁工质床之间的管路上，另一端连接在第四电磁阀与蓄冷器之间的管路上；第六电磁阀设置在第二电磁阀、第三电磁阀之间的管路上；旋转磁工质床安装在磁体的工作空隙内，散热器通过管路连接旋转磁工质床，旋转磁工质床侧部设置有转轴，转轴连接电机。
7.进一步，旋转磁工质床包括：制冷床本体、法兰、滤网；法兰连接在制冷床本体两端，滤网固定在制冷床本体、法兰之间，法兰连接管路；制冷床本体、管路、蓄冷器、散热器组成密闭流道，密闭流道内部充有换热流体。
8.进一步，法兰底部连接支撑板，通过支撑板连接并固定在底座上。
9.进一步，制冷床本体包括两个弧形分体，两个弧形分体利用法兰连接在一起。
10.进一步，法兰内部设置有流道，流道的两个流道开口位于法兰的内侧壁，两个流道开口分别连通两个弧形分体；法兰的外侧壁设置有引流管，引流管位于法兰的轴心处，引流管一端连接流道另一端连接管路。
11.进一步，引流管设置有轴向内孔，轴向内孔设置有多个环形内槽，环形内槽内安装
有密封环，管路插接在密封环内。
12.进一步，在管路上套装有压紧密封圈，压紧密封圈位于两个密封环之间。
13.进一步，磁体包括：内层磁体和两个外层半磁环；两个外层半磁环的磁化角度相同；外层半磁环包括：外屏蔽层、外层半磁环磁体，外屏蔽层侧部设置有开口，开口的形状为圆形；外层半磁环磁体固定在外屏蔽层内，外层半磁环磁体的侧部设置有圆形形凹面，圆形凹面位于开口处，两个外层半磁环的圆形凹面位置相对；内层磁体位于两个弧形凹面之间，内层磁体包括：内屏蔽层以及两个半磁体，两个半磁体分别固定在内屏蔽层内，两个半磁体的磁化角度相同，半磁体的形状为半圆形，两个半磁体的底部相对，外侧面为弧形凸面；内层磁体、外层半磁环之间的空隙形成工作气隙。
14.旋转式室温磁制冷机的制冷方法，包括：
15.第一电磁阀、第三电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀导通，第五电磁阀、第六电磁阀闭合；电机带动旋转磁工质床旋转，两个弧形分体从位于工作气隙内向着离开工作气隙转动，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度减少，室温磁工质颗粒制冷；循环泵驱动旋转磁工质床内换热流体流向蓄冷器，换热流体在蓄冷器内完成热量交换，热量交换后的换热流体经第二电磁阀、第四电磁阀进入散热器；
16.第一电磁阀闭合，第三电磁阀导通，第二电磁阀导通，第四电磁阀闭合，第五电磁阀导通，第六电磁阀导通；两个弧形分体从离开工作气隙向着工作气隙转动，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度开始增强，室温磁工质颗粒制热；循环泵驱动旋转磁工质床内换热流体流向散热器，热量交换后的换热流体经第二电磁阀、第六电磁阀进入蓄冷器；蓄冷器出来的换热流体从第五电磁阀进入弧形分体。
17.优选的，两个弧形分体完全脱离工作气隙后，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度为0；两个弧形分体完全进入工作气隙后，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度最大。
18.本发明技术效果包括：
19.本发明由于活动部件少，所以功耗小，减小了运行噪音；并且旋转式室温磁制冷机的结构紧凑，有效地减小了运行噪音。
20.本发明的磁体采用密闭磁场，解决了磁制冷测试系统漏磁问题。内层磁体和两个外层半磁环组成密闭磁场，再加上外屏蔽层、内屏蔽层，有效避免漏磁；外层半磁环结构围成的磁场具有多层次，边缘无漏磁。本发明磁场的工作气隙的尺寸可调节，磁场强度可以调节。
附图说明
21.图1是本发明中旋转式室温磁制冷机的结构原理图；
22.图2是本发明中旋转磁工质床的结构原理图；
23.图3是本发明中引流管的结构示意图；
24.图4是本发明中磁体的结构示意图；
25.图5是本发明中弧形分体离开工作气隙的示意图；
26.图6是本发明中弧形分体位于工作气隙内的示意图。
具体实施方式
27.以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
28.如图1所示，是本发明中旋转式室温磁制冷机的结构原理图。
29.旋转式室温磁制冷机的结构包括：旋转磁工质床1、磁体2、蓄冷器3、散热器4、循环泵5、电磁阀组6、电机7；电磁阀组6包括：第一电磁阀61、第二电磁阀62、第三电磁阀63、第四电磁阀64、第五电磁阀65、第六电磁阀66；旋转磁工质床1通过管路连接第一电磁阀61，蓄冷器3通过管路连接第三电磁阀63，循环泵5设置在第三电磁阀63、蓄冷器3之间的管路上；第一电磁阀61、第三电磁阀63串接在旋转磁工质床1与蓄冷器3之间；蓄冷器3通过管路连接散热器4，第二电磁阀62、第四电磁阀64串接在蓄冷器3与散热器4之间；第五电磁阀65一端连接在第一电磁阀61与旋转磁工质床1之间的管路上，另一端连接在第四电磁阀64与蓄冷器3之间的管路上；第六电磁阀66设置在第二电磁阀62、第三电磁阀63之间的管路上。旋转磁工质床1安装在磁体2的工作空隙23内，散热器4通过管路连接旋转磁工质床1，旋转磁工质床1侧部设置有转轴，转轴连接电机7。
30.循环泵5用于给管路中流体提供动力，电磁阀组6用于控制管路内流体的流向，电磁阀组6也可以设置在旋转磁工质床1与散热器4之间。
31.如图2所示，是本发明中旋转磁工质床1的结构原理图。
32.旋转磁工质床1包括：制冷床本体11、法兰12、滤网13；法兰12连接在制冷床本体11两端，滤网13固定在制冷床本体11、法兰12之间，法兰12连接管路；制冷床本体11为不导温材料，制冷床本体11、管路、蓄冷器3、散热器4组成密闭流道，流道内部充有换热流体，通过循环泵5驱动换热流体流经制冷床本体11、蓄冷器3、散热器4、电磁阀组6。法兰12底部连接支撑板，通过支撑板连接并固定在底座上。
33.制冷床本体11包括两个弧形分体111，两个弧形分体111利用法兰12连接在一起。
34.法兰12内部设置有流道121，流道121的两个流道开口位于法兰12的内侧壁，两个流道开口分别连通两个弧形分体111；法兰12的外侧壁设置有引流管122，引流管122位于法兰12的轴心处，引流管122一端连接流道121另一端连接管路。
35.本发明中，管路采用硬质铜管，在引流管122外侧的管路上设置有管路支架8，以支撑硬质铜管。
36.如图3所示，是本发明中引流管122的结构示意图。
37.引流管122设置有轴向内孔123，轴向内孔123设置有多个环形内槽，环形内槽内安装有密封环124，管路插接在密封环124内。在管路上套装有压紧密封圈125，压紧密封圈125位于两个密封环124之间；当引流管122、管路支架有换热流体渗入，换热流体将压紧密封圈125紧贴密封环124，起到防止换热流体渗出的作用。
38.当法兰12法兰随着旋转磁工质床1一起旋转时，引流管122旋转，管路静止，利用密封环124实现密封，防止冷床本体11和管路中换热流体外泄。
39.如图4所示，是本发明中磁体2的结构示意图。
40.磁体2包括：内层磁体22和两个外层半磁环21；两个外层半磁环21的磁化角度相同(磁场方向相同)。外层半磁环21的整体形状为长方体，包括：外屏蔽层211、外层半磁环磁体212，外屏蔽层211侧部设置有开口；开口的形状为圆形。外层半磁环磁体212固定在外屏蔽
层211内，外层半磁环磁体212的侧部设置有圆形形凹面213，圆形凹面213位于开口处。两个外层半磁环21的圆形凹面213位置相对。
41.内层磁体22位于两个弧形凹面213之间。
42.内层磁体22包括：内屏蔽层221以及两个半磁体222，两个半磁体222固定在内屏蔽层221内；两个半磁体222的磁化角度相同(磁场方向相同)，半磁体222的形状为半圆形。两个半磁体222的底部相对，底面为平面，外侧面为弧形凸面223。
43.内层磁体22、外层半磁环21之间的空隙形成工作气隙23，工作气隙23为磁场工作空间。
44.内屏蔽层221上下两侧分别设置有半圆形卡槽，按照磁化角度0
°
将两个半磁体222分别固定在半圆形卡槽内。按照磁化角度0
°
将两个外屏蔽层211分别固定在外层半磁环磁体212内。
45.旋转磁工质床1旋转，位于工作气隙23内时，作用在旋转磁工质床1内室温磁工质颗粒的磁场强度最大，离开工作气隙23时，作用在旋转磁工质床1内室温磁工质颗粒的磁场强度为0。室温磁工质颗粒在励磁、退磁过程中产生磁热效应。
46.外屏蔽层211、内屏蔽层221的材质为合金，厚度大于3mm，外层半磁环磁体212、半磁体222为ndfeb磁体，ndfeb磁体的工作点ji≥0.9br，退磁曲线方形度接近于1。
47.如图5所示，是本发明中弧形分体111离开工作气隙23的示意图；如图6所示，是本发明中弧形分体111位于工作气隙23内的示意图。
48.旋转式室温磁制冷机的制冷方法，具体步骤如下：
49.步骤1：第一电磁阀61、第三电磁阀63、第二电磁阀62、第四电磁阀64导通，第五电磁阀65、第六电磁阀66闭合；
50.电机7带动旋转磁工质床1旋转，两个弧形分体111从位于工作气隙23内向着离开工作气隙23转动，作用在弧形分体111内室温磁工质颗粒的磁场强度减少，室温磁工质颗粒制冷；
51.循环泵5驱动旋转磁工质床1内换热流体流向蓄冷器3，换热流体在蓄冷器3内完成热量交换，热量交换后的换热流体经第二电磁阀62、第四电磁阀64进入散热器4；
52.两个弧形分体111完全脱离工作气隙23后，作用在弧形分体111内室温磁工质颗粒的磁场强度为0。
53.步骤2：第一电磁阀61闭合，第三电磁阀63导通，第二电磁阀62导通，第四电磁阀64闭合，第五电磁阀65导通，第六电磁阀66导通；
54.两个弧形分体111从离开工作气隙23向着工作气隙23转动，作用在弧形分体111内室温磁工质颗粒的磁场强度开始增强，室温磁工质颗粒制热；
55.循环泵5驱动旋转磁工质床1内换热流体流向散热器4，热量交换后的换热流体经第二电磁阀62、第六电磁阀66进入蓄冷器3；蓄冷器3出来的换热流体从第五电磁阀65进入弧形分体111。
56.两个弧形分体111完全进入工作气隙23后，作用在弧形分体111内室温磁工质颗粒的磁场强度最大。
57.本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的
细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种旋转式室温磁制冷机，其特征在于，包括：旋转磁工质床、磁体、蓄冷器、散热器、循环泵、电磁阀组、电机；电磁阀组包括：第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀；旋转磁工质床通过管路连接第一电磁阀，蓄冷器通过管路连接第三电磁阀，循环泵设置在第三电磁阀、蓄冷器之间的管路上；第一电磁阀、第三电磁阀串接在旋转磁工质床与蓄冷器之间；蓄冷器通过管路连接散热器，第二电磁阀、第四电磁阀串接在蓄冷器与散热器之间；第五电磁阀一端连接在第一电磁阀与旋转磁工质床之间的管路上，另一端连接在第四电磁阀与蓄冷器之间的管路上；第六电磁阀设置在第二电磁阀、第三电磁阀之间的管路上；旋转磁工质床安装在磁体的工作空隙内，散热器通过管路连接旋转磁工质床，旋转磁工质床侧部设置有转轴，转轴连接电机。2.如权利要求1所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，旋转磁工质床包括：制冷床本体、法兰、滤网；法兰连接在制冷床本体两端，滤网固定在制冷床本体、法兰之间，法兰连接管路；制冷床本体、管路、蓄冷器、散热器组成密闭流道，密闭流道内部充有换热流体。3.如权利要求2所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，法兰底部连接支撑板，通过支撑板连接并固定在底座上。4.如权利要求2所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，制冷床本体包括两个弧形分体，两个弧形分体利用法兰连接在一起。5.如权利要求4所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，法兰内部设置有流道，流道的两个流道开口位于法兰的内侧壁，两个流道开口分别连通两个弧形分体；法兰的外侧壁设置有引流管，引流管位于法兰的轴心处，引流管一端连接流道另一端连接管路。6.如权利要求5所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，引流管设置有轴向内孔，轴向内孔设置有多个环形内槽，环形内槽内安装有密封环，管路插接在密封环内。7.如权利要求6所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，在管路上套装有压紧密封圈，压紧密封圈位于两个密封环之间。8.如权利要求1所述的旋转式室温磁制冷机，其特征在于，磁体包括：内层磁体和两个外层半磁环；两个外层半磁环的磁化角度相同；外层半磁环包括：外屏蔽层、外层半磁环磁体，外屏蔽层侧部设置有开口，开口的形状为圆形；外层半磁环磁体固定在外屏蔽层内，外层半磁环磁体的侧部设置有圆形形凹面，圆形凹面位于开口处，两个外层半磁环的圆形凹面位置相对；内层磁体位于两个弧形凹面之间，内层磁体包括：内屏蔽层以及两个半磁体，两个半磁体分别固定在内屏蔽层内，两个半磁体的磁化角度相同，半磁体的形状为半圆形，两个半磁体的底部相对，外侧面为弧形凸面；内层磁体、外层半磁环之间的空隙形成工作气隙。9.如权利要求1所述的旋转式室温磁制冷机的制冷方法，其特征在于，包括：第一电磁阀、第三电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀导通，第五电磁阀、第六电磁阀闭合；电机带动旋转磁工质床旋转，两个弧形分体从位于工作气隙内向着离开工作气隙转动，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度减少，室温磁工质颗粒制冷；循环泵驱动旋转磁工质床内换热流体流向蓄冷器，换热流体在蓄冷器内完成热量交换，热量交换后的换热流体经第二电磁阀、第四电磁阀进入散热器；第一电磁阀闭合，第三电磁阀导通，第二电磁阀导通，第四电磁阀闭合，第五电磁阀导通，第六电磁阀导通；两个弧形分体从离开工作气隙向着工作气隙转动，作用在弧形分体内
室温磁工质颗粒的磁场强度开始增强，室温磁工质颗粒制热；循环泵驱动旋转磁工质床内换热流体流向散热器，热量交换后的换热流体经第二电磁阀、第六电磁阀进入蓄冷器；蓄冷器出来的换热流体从第五电磁阀进入弧形分体。10.如权利要求9所述的旋转式室温磁制冷机的制冷方法，其特征在于，两个弧形分体完全脱离工作气隙后，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度为0；两个弧形分体完全进入工作气隙后，作用在弧形分体内室温磁工质颗粒的磁场强度最大。

技术总结

本发明公开了一种旋转式室温磁制冷机，包括：旋转磁工质床、磁体、蓄冷器、散热器、循环泵、电磁阀组、电机；电磁阀组安装在蓄冷器、散热器之间的管路上，旋转磁工质床安装在磁体的工作空隙内，散热器通过管路连接旋转磁工质床，旋转磁工质床侧部设置有转轴，转轴连接电机。本发明还公开了一种旋转式室温磁制冷机的制冷方法。本发明能够大大降低磁制冷工作功耗及噪音。及噪音。及噪音。