專利名稱：室溫附近的稀土磁液體材料及其磁制冷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于室溫附近的稀土磁液體材料及其磁制冷設(shè)備。
現(xiàn)在使用的氟氯碳(CFC)傳統(tǒng)制冷技術(shù)，逸散出的氟氯碳分子破壞地球同溫層的臭氧層，嚴(yán)重威脅地球環(huán)境。氟氯碳的取代物雖然不破壞臭氧層，但它是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體，仍然威脅地球環(huán)境。
磁制冷技術(shù)是利用磁場使制冷工作物質(zhì)原子的自旋取向空間分布的有序發(fā)生變化而引起磁熵變ΔS來實現(xiàn)的。這就是說，若制冷物質(zhì)絕熱去磁，它的溫度降低(ΔTdown)，制冷物質(zhì)絕熱磁化，它的溫度升高(ΔTup)；若制冷。物質(zhì)等溫去磁，它吸收熱量(TΔS)，制冷物質(zhì)等溫磁化，它放出熱量(TΔS)，這就是磁熱效應(yīng)。它是磁制冷技術(shù)的基礎(chǔ)。對于磁性材料來說，在居里溫度附近，其磁熱效應(yīng)最顯著。因此，室溫附近磁制冷技術(shù)所適用的磁制冷物質(zhì)是居里溫度在室溫附近的磁性材料。美國專利5,934,078、5,734,095、5,249,424、4,459,811、4,408,463、4,332,135、4,392,356、4,069,028等所采用的磁制冷物質(zhì)是固體材料[如金屬Gd，合金Gd5(SixGe1-x)4等]。中國專利CN 1,065,294 A所提出的磁制冷物質(zhì)也是固體材料La1-xRx(Fe1-y-zMyAlz)13(其中M為Ti、V、O、Cr、Mn、Co、Ni等，R為稀土元素)。對于這種固體材料，為了完成制冷的循環(huán)過程，必須有一種液體介質(zhì)同固體磁制冷材料進(jìn)行熱交換。這是一種固體-液體熱交換方式。在技術(shù)上，它比液體-液體或液體-氣體熱交換方式復(fù)雜的多，而且熱交換效率也低得多。因此，若采用固體材料作為制冷物質(zhì)，則磁制冷設(shè)備的制造工藝及機(jī)械結(jié)構(gòu)都將復(fù)雜化。
美國宇航公司和埃姆茲實驗室采用金屬Gd作為磁制冷物質(zhì)研制成功室溫磁制冷樣機(jī)。但是，它的工作條件要求較高的磁場(5特斯拉)。這樣高的磁場只能用超導(dǎo)磁體才能產(chǎn)生。這就使磁制冷技術(shù)難以進(jìn)行商品化開發(fā)。
美國專利5,231,834和5,641,424等用磁液體取代固體磁性材料作為磁制冷工作物質(zhì)。由于磁液體的循環(huán)過程通過液體-液體熱交換方式來實現(xiàn)所以避免了固體磁制冷工作物質(zhì)所存在的制冷設(shè)備的制造工藝及機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜化的問題。但是，以磁液體作為磁制冷工作物質(zhì)，磁性材料在磁液體中的有效成分降低，因此，也面臨許多困難。
在磁液體中，磁性顆粒的濃度不可能是百分之百，如果磁性顆粒的濃度為α(α＜1，例如α＝0.2)，則磁液體的絕熱退磁溫降(或絕熱磁化溫升)ΔT液，大約只等于磁性顆粒相應(yīng)的固體材料絕熱退磁溫降(或絕熱磁化溫升)ΔT固的α倍，即ΔT液≌αΔT固α＜1，ΔT液＜ΔT固也就是說，磁液體的絕熱退磁溫降(或絕熱磁化溫升)ΔT液比相應(yīng)的固體材料絕熱退磁溫降(或絕熱磁化溫升)ΔT固要小得多。因此，用磁液體作為磁制冷工作物質(zhì)是很困難的。
我們新發(fā)現(xiàn)了一個重要的物理現(xiàn)象，即磁液體能夠放大磁熱效應(yīng)，在磁場H＝1.4特斯拉的條件下，在235-330K的溫度范圍內(nèi)，我們測量了Fe3O4磁液體和Fe3O4粗粉末的絕熱退磁溫降ΔT，分別得到了Fe3O4磁液體和Fe3O4粗粉末的ΔT-T曲線，如

圖1所示。測量結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4磁液體的ΔT明顯大于Fe3O4粗粉末的ΔT，尤其在273-330K溫度范圍內(nèi)，F(xiàn)e3O4粗粉末的ΔT≤0.03K，而Fe3O4磁液體的ΔT＝0.4-0.7K，也就是說，在273-330K溫度范圍內(nèi)，磁液體將ΔT放大10倍以上?？梢?，磁液體中磁性顆粒的濃度雖然低于1，但磁液體的磁熱效應(yīng)比相應(yīng)的固體材料還要大。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處而提供的一種將稀土磁液體的磁熱效應(yīng)放大作用應(yīng)用于室溫附近的磁制冷技術(shù)及設(shè)備，從而解決了用稀土磁液體作為磁制冷工作物質(zhì)的關(guān)鍵問題。同時，由于磁液體的循環(huán)過程通過液體-液體熱交換方式來實現(xiàn)，使得磁制冷設(shè)備的熱交換全部管道化。因此，本發(fā)明克服了固體磁制冷工作物質(zhì)所存在的磁制冷設(shè)備制造工藝及機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜化的困難。因此，以稀土磁液體作為制冷工作物質(zhì)的室溫附近的磁制冷技術(shù)與設(shè)備的特征還在于可以通過改變稀土磁液體的磁化強(qiáng)度來調(diào)節(jié)磁液體對磁熱效應(yīng)的放大作用，通過改變磁液體的組成和粘度來調(diào)節(jié)磁制冷技術(shù)與設(shè)備所適用的溫度范圍。
本發(fā)明的目的是采取以下措施來實現(xiàn)的一種室溫附近的稀土磁液體材料，它由居里溫度在室溫附近的鐵磁性稀土金屬、合金及稀土化合物的納米磁性顆粒、液態(tài)載體、分散劑、磁性顆粒表面修飾劑、穩(wěn)定劑、流體性能改善劑六種組分組成；具體組成如下(1)磁液體組成之一的居里溫度在室溫附近的鐵磁性稀土金屬、合金及含稀土化合物的納米磁性顆粒為以下材料Gd，Gd5Si4，Gd5(Si1-xGex)4，(Gd1-xRx)5Si4，Gd3Al2，Gd3Al2-xMx(M為Co，F(xiàn)e，Ni，Ca)，La1-xRx(Fe1-y-zMyAlz)13(其中M為Ti，V，Cr，Mn，Co，R為稀土元素)，La1-xMxMnO3(M為Ca，K，Sr)；Nd2Fe14B；R2Co17-xFex，SmCo5；(2)分散劑為R-G(G′)，或其低聚物，R為C12-C22的飽和或不飽和的(可帶有支鏈)脂肪烴基或芳香烴基或聚硅氧烷基或聚硅烷基團(tuán)，G為羥基或羧基或羰基或氫硫基或胺基或膦基或其共軛酸或堿基，G′為G、H或烷基或其共軛酸或堿基；(3)顆粒表面修飾劑為甲基、丙基、丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基硅烷、硅醇、硅酮、硅氧烷；(4)穩(wěn)定劑為酚類，醇類及其衍生物，以及雜多酚，雜多醇、胺；(5)流體性能改善劑為脂肪酸甲脂，二甲脂，三甲脂、脂肪胺；(6)磁液體組成之一的液態(tài)載體包括烴類、醇類、醚類、酯類及其聚合物、聚硅氧烷、聚硅烷，熔點(diǎn)低于-50℃，沸點(diǎn)高于120℃，粘度為20CP-2000CP；(7)烴類包括脂肪烴和芳香烴，脂肪烴包括C8-C16的飽和烴及不飽和烴，芳香烴包括Ph-R，R-Ph-R′，R-Ph-R′R″。(R，R′，R″為C1-C4的直鏈或支鏈取代基，可相同或不同)；(8)醇類包括C2-C8的一元飽和醇，二元飽和醇及其低聚物；(9)醚類為C4-C32飽和或不飽和的單醚、雙醚或它們的聚合物；(10)酯類為飽和的或不飽和脂肪酸單酯、二酯或三酯及其低聚物；苯多酸酯，苯甲酸酯，礦物酸單酯、二酯或三酯；(11)聚硅氧烷，聚硅烷的聚合度為20-20000，包括聚烷基硅氧烷、聚芳基硅氧烷、聚烷氧基硅氧烷、烷基硅烷、聚芳基硅烷、聚烷氧基硅烷。
一種室溫附近的磁制冷設(shè)備，該設(shè)備由磁場系統(tǒng)、磁液體泵、磁液體管路、半導(dǎo)體制冷器、熱交換液體及管路熱交換液體泵及負(fù)載七部分組成，其中(1)磁場系統(tǒng)是由釹鐵硼、釤鈷、釤鐵氮或其它永磁材料組成，采用閉合聚磁磁路設(shè)計磁系結(jié)構(gòu)，磁場強(qiáng)度H＝0.6-2.5特斯拉。每個磁體的排列要使得每個磁體在磁場空間中所產(chǎn)生的磁場方向盡可能一致，如圖14所示；
(2)磁液體泵是采用磁力外驅(qū)動式泵來推動制冷工質(zhì)——磁液體在閉合管道中流動，由以下部件組成A、環(huán)形管道，磁液體的入口管道與出口管道相互平行，且與環(huán)形管道相切。這使磁液體在環(huán)行管道內(nèi)被磁場推動而運(yùn)動后，能在慣性驅(qū)動下通過出口管道流出環(huán)形管道，如圖10所示；B、環(huán)形管道內(nèi)放置磁體，其直徑比管道略小，如圖11所示；C、管道外的驅(qū)動裝置至少由上下各一組磁系組成，每組磁系由磁體及磁軛組成，磁體與磁體磁化方向相反，環(huán)形管道內(nèi)裝有一個以上的磁體，環(huán)形管道外設(shè)有對應(yīng)的驅(qū)動裝置一個，管道外的驅(qū)動裝置的運(yùn)動帶動磁體的運(yùn)動，如圖11所示；D、管道內(nèi)的磁體兩端面的四周吸附磁液體，它起軸承的作用，同時，這部分磁液體與磁體一起構(gòu)成能夠被管道外的驅(qū)動裝置推動而運(yùn)動的活塞。如圖12所示；E、管道外的驅(qū)動裝置通過臂桿被小馬達(dá)驅(qū)動，如圖13所示；(3)半導(dǎo)體制冷器是擴(kuò)展磁液體制冷物質(zhì)在絕熱退磁時的溫降的，如圖8與圖9所示，磁液體流經(jīng)磁場空間而被磁化的同時，被半導(dǎo)體制冷器所冷卻，這種冷卻產(chǎn)生的溫降為ΔT3。則磁液體絕熱退磁時的溫降ΔT2被擴(kuò)展成被半導(dǎo)體制冷器冷卻而產(chǎn)生的溫降ΔT3與磁液體絕熱退磁時的溫降ΔT2之和，而其中ΔT3可以用半導(dǎo)體制冷器加以適當(dāng)控制；(4)熱交換液體是由水或水與酒精的混合物組成；(5)磁液體作為制冷工作物質(zhì)的室溫附近磁制冷設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖15圖16圖17所示。在圖15中，磁液體的管路(26)、(34)、(43)中磁液體被磁力外驅(qū)動式泵(27)、(35)、(44)所推動而流動，磁液體通過磁場空間(28)(36)(45)和負(fù)載(29)、(37)、(46)，(30)、(38)、(47)是磁體，(31)、(39)、(48)是熱交換液體(例如水或水和酒精的混合物)的管路，在(31)、(39)、(48)中熱交換液體被泵(32)、(40)、(49)所推動而流動，它流過半導(dǎo)體制冷器(33)、(41)和磁場空間(28)、(36)、(45)，被半導(dǎo)體制冷器冷卻的熱交換液體流經(jīng)磁場空間時冷卻磁場空間并把磁液體被磁化后產(chǎn)生的熱量帶走，以起到擴(kuò)展磁液體ΔT的作用。在磁場空間內(nèi)，磁液體的流向與熱交換液體的流向正好相反。半導(dǎo)體制冷器的熱端用風(fēng)冷或水冷的辦法加以冷卻。
(6)圖16與圖15的不同之處在于磁液體流出磁場空間在R處分兩路。一路流經(jīng)負(fù)載，并冷卻負(fù)載，另一路冷卻半導(dǎo)體制冷器的熱端之后，通過散熱系統(tǒng)，在S處上述兩路磁流體匯合進(jìn)入磁場外驅(qū)動式泵，圖17與圖16所不同之處在于不采用半導(dǎo)體制冷器，磁液體流出磁場空間在R處分兩路，一路流經(jīng)負(fù)載并冷卻負(fù)載，另一路冷卻流經(jīng)負(fù)載后的磁液體，然后在S處兩路磁液體匯合而進(jìn)入磁場外驅(qū)動式泵(27)、(35)、(44)。
磁液體泵中環(huán)形管道內(nèi)裝有的磁體為圓柱形、球形。
附圖及圖面說明圖1是Fe3O4磁液體與Fe3O4粗粉末的ΔT-T測量曲線示意圖；圖2是固體磁制冷材料與磁液體的磁化曲線示意圖；圖3是Brayton循環(huán)示意圖；圖4是半導(dǎo)體制冷機(jī)示意圖(其中1負(fù)載，2半導(dǎo)體制冷器)；圖5是半導(dǎo)體制冷機(jī)循環(huán)過程(箭頭1由B→A表示在負(fù)載內(nèi)，箭頭2由A→B表示在半導(dǎo)體制冷器內(nèi))；圖6是用空氣或水在磁場中冷卻液體制冷物質(zhì)的磁制冷機(jī)示意圖；圖7是用空氣或水在磁場中冷卻液體制冷物質(zhì)的磁制冷機(jī)循環(huán)過程；圖8是用半導(dǎo)體制冷器在磁場中冷卻磁液體制冷物質(zhì)以擴(kuò)展其ΔT的磁制冷機(jī)示意圖；圖9是用半導(dǎo)體制冷器在磁場中冷卻磁液體制冷物質(zhì)以擴(kuò)展其ΔT的磁制冷機(jī)循環(huán)過程示意圖；圖10是磁液體的磁力外驅(qū)動式泵的管道示意圖；圖11是磁液體的磁力外驅(qū)動式泵的磁力驅(qū)動示意圖；圖12是磁液體的磁力外驅(qū)動式泵的磁力驅(qū)動磁場示意圖；圖13是磁液體的磁力外驅(qū)動式泵的示意圖；圖14是本發(fā)明所用磁場系統(tǒng)；圖15是本發(fā)明磁制冷機(jī)結(jié)構(gòu)圖之一；圖16是本發(fā)明磁制冷機(jī)結(jié)構(gòu)圖之二；圖17是本發(fā)明磁制冷機(jī)結(jié)構(gòu)圖之三。
其中(1)、(3)、(8)、(29)、(37)、(46)-負(fù)載、(2)、(13)、(33)、(41)-半導(dǎo)體制冷器、(4)、(9)-磁液體及管道、(5)、(10)、(25)、(28)、(36)、(45)-磁場空間、(6)、(11)、(17)、(18)、(30)、(38)、(47)-磁體、(7)-冷卻水及管道、(12)-熱交換液體、(14)-環(huán)形管道、(15)-入口管道、(16)-出口管道、(19)-磁軛、(20)-臂桿、(21)-磁液體、(22)、(23)、(24)-釹鐵硼、釤鈷、釤鐵氮、(26)、(34)、(43)-磁液體管道、(27)、(32)、(35)、(40)、(42)、(44)、(49)-磁力外驅(qū)動式泵、(31)、(39)、(48)-熱交換液體管道、(50)-磁液體冷卻器在磁場作用下，磁液體內(nèi)的磁性納米顆粒不但能通過磁矩的轉(zhuǎn)動，而且更容易通過納米顆粒的整體轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)磁化。因此，磁液體比固體磁制冷材料更容易在低磁場下磁化。圖2是各種磁液體與各種固體磁制冷材料的磁化曲線的比較圖。圖2表明，F(xiàn)e3O4、Co磁液體飽和磁化所需磁場值大約只是固體磁制冷材料(Gd、Gd5Si2Ge2)的五分之一?？梢?，若以磁液體作為磁制冷工作物質(zhì)，其工作條件不要求較高的磁場。因此，用永磁體取代超導(dǎo)磁體或電磁鐵，使磁制冷技術(shù)能夠進(jìn)行商品化開發(fā)。
雖然磁液體對磁熱效應(yīng)有放大作用，其ΔT比相應(yīng)的固體材料的ΔT要大，但采用磁液體作為磁制冷工作物質(zhì)與采用固體材料作為磁制冷工作物質(zhì)一樣，要拓展ΔT。為了擴(kuò)展ΔT，一般采用的是主動式磁畜冷技術(shù)(即AMR-Active Magnetic Regenerator)。美國專利5,934,078、5,249,424、5,182,914、4,704,871、4,702,090、4,459,811、4,392,356、4,332,135、4,069,028等描述了這種方法或裝置。適用于固體磁制冷工作物質(zhì)的熱循環(huán)過程的主動式磁畜冷技術(shù)使制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
本發(fā)明采用了適用于磁液體熱循環(huán)過程的擴(kuò)展ΔT的新方法，即采用半導(dǎo)體制冷器冷卻磁場空間的方法，這種方法使磁制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)簡化。
磁流體的磁化與退磁過程接近于絕熱過程，因此，可以把磁液體制冷材料的循環(huán)近似看作是Brayton循環(huán)，如圖3所示。在這種循環(huán)中，絕熱過程的ΔT要受到材料磁熱效應(yīng)的限制。用半導(dǎo)體制冷器冷卻磁場空間，可以突破這個限制。圖4表示純粹的半導(dǎo)體制冷技術(shù)，在這里磁液體只是一種熱交換介質(zhì)，圖5表示它的循環(huán)過程。圖6表示用空氣或普通水在磁場空間中冷卻磁液體制冷物質(zhì)的磁制冷機(jī)示意圖。圖7表示它的循環(huán)過程。T0是室溫，ΔT1是磁液體絕熱磁化時的溫升，ΔT2是磁液體絕熱退磁時的溫降。由于空氣或水的溫度是室溫，所以C點(diǎn)的溫度幾乎與A點(diǎn)的溫度相同，因此ΔT＝ΔT1+ΔT2決定于磁液體的絕熱磁化和絕熱退磁的溫變ΔT1與ΔT2，它顯然受磁液體性能的限制。
圖8表示用半導(dǎo)體制冷器在磁場空間中冷卻磁液體制冷物質(zhì)時的磁制冷機(jī)示意圖。圖9表示它的循環(huán)過程。T0是室溫，ΔT1是磁液體絕熱磁化時的溫升，ΔT2是磁液體絕熱退磁時的溫降，ΔT3則是半導(dǎo)體制冷器產(chǎn)生的溫降。由于ΔT3的絕對值可以比ΔT2的絕對值大得多，所以ΔT1+ΔT2被擴(kuò)展成ΔT2+ΔT3，因此C點(diǎn)的溫度比A點(diǎn)的溫度低，而且低多少可以用半導(dǎo)體制冷器加以適當(dāng)控制。在S-T圖中ABCD所包圍的面積的大小，代表磁制冷機(jī)的效率。
本發(fā)明的效果下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施進(jìn)一步詳述
例2、本發(fā)明的磁制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖之二(圖16)。
例2與例1所不同之處在于例2采用非平衡熱交換的方法，即磁液體流出磁場空間在R處分兩路，一路流經(jīng)負(fù)載并冷卻負(fù)載，另一路冷卻半導(dǎo)體制冷器的熱端之后，通過散熱系統(tǒng)(42)，在s處上述兩路磁液體匯合而進(jìn)入磁力外驅(qū)動式泵(35)。
例3、本發(fā)明的磁制冷機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖之三(圖17)例3與例2所不同之處在于不采用半導(dǎo)體制冷器，磁液體流出磁場空間在R處分兩路，一路流經(jīng)負(fù)載并冷卻負(fù)載，另一路冷卻流經(jīng)負(fù)載后的磁液體，然后在S處兩路磁液體匯合而進(jìn)入磁力外驅(qū)動式泵(44)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、以稀土磁液體作為制冷工作物質(zhì)的磁制冷具有無污染、效率高、節(jié)省能源等特點(diǎn)；
2、稀土磁液體具有超順磁性，而超順磁性的稀土磁液體能夠放大磁熱效應(yīng)；3、稀土磁液體作為制冷工作物質(zhì)、更宜在低磁場(H≤2T)下磁化；4、所用磁場為稀土永磁材料釹鐵硼(NdFEB)所能達(dá)到的磁場(H＝1.5-2T)。
權(quán)利要求
1.一種室溫附近的稀土磁液體材料，其特征在于它由居里溫度在室溫附近的鐵磁性稀土金屬、合金及含稀土化合物的納米磁性顆粒、液態(tài)載體、分散劑、磁性顆粒表面修飾劑、穩(wěn)定劑、流體性能改善劑等六種組分組成；具體組成如下(1)磁液體組成之一的居里溫度在室溫附近的鐵磁性稀土金屬、合金及含稀土化合物的納米磁性顆粒為以下材料Gd，Gd5Si4，Gd5(Si1-xGex)4，(Gd1-xRx)5Si4，Gd3Al2，Gd3Al2-xMx(M為Co，F(xiàn)e，Ni，Ca)，La1-xRx(Fe1-y-zMyAlz)13(其中M為Ti，V，Cr，Mn，Co，R為稀土元素)；La1-xMxMnO3(M為Ca，K，Sr)，Nd2Fe14B；R2Co17-xFex，SmCo5；(2)分散劑為R-G(G′)，或其低聚物，R為C12-C22的飽和或不飽和的(可帶有支鏈)脂肪烴基或芳香烴基或聚硅氧烷基或聚硅烷基團(tuán)，G為羥基或羧基或羰基或氫硫基或胺基或膦基或其共軛酸或堿基，G′為G、H或烷基或其共軛酸或堿基；(3)顆粒表面修飾劑為甲基、丙基、丁基、甲氧基、乙氧基、丙氧基硅烷、硅醇、硅酮、硅氧烷；(4)穩(wěn)定劑為酚類、醇類及其衍生物、以及雜多酚、雜多醇、胺；(5)流體性能改善劑為脂肪酸甲脂、二甲脂、三甲脂、脂肪胺；(6)磁液體組成之一的液態(tài)載體包括烴類、醇類、醚類、酯類及其聚合物、聚硅氧烷、聚硅烷，熔點(diǎn)低于-50℃，沸點(diǎn)高于120℃，粘度為20CP-2000CP；(7)烴類包括脂肪烴和芳香烴，脂肪烴包括C8-C16的飽和烴及不飽和烴；芳香烴包括Ph-R，R-Ph-R′，R-Ph-R′R″(R，R′，R″為C1-C4的直鏈或支鏈取代基，可相同或不同)；(8)醇類包括C2-C8的一元飽和醇，二元飽和醇及其低聚物；(9)醚類為C4-C32飽和或不飽和的單醚、雙醚或它們的聚全物；(10)酯類為飽和的或不飽和脂肪酸單酯、二酯或三酯及其低聚物、苯多酸酯、苯甲酸酯、礦物酸單酯、二酯或三酯；(11)聚硅氧烷，聚硅烷的聚合度為20-20000，包括聚烷基硅氧烷、聚芳基硅氧烷、聚烷氧基硅氧烷、烷基硅烷、聚芳基硅烷、聚烷氧基硅烷。
2.一種室溫附近的磁制冷設(shè)備，其特征在于該設(shè)備由磁場系統(tǒng)、磁液體泵、磁液體管路、半導(dǎo)體制冷器、熱交換液體及管路熱交換液體泵及負(fù)載七部分組成，其中(1)磁場系統(tǒng)是由釹鐵硼、釤鈷、釤鐵氮或其它永磁材料組成，采用閉合聚磁磁路設(shè)計磁系結(jié)構(gòu)，磁場強(qiáng)度H＝0.6-2.5特斯拉，每個磁體的排列要使得每個磁體在磁場空間中所產(chǎn)生的磁場方向盡可能一致；(2)磁液體泵是采用磁力外驅(qū)動式泵來推動制冷工質(zhì)——磁液體在閉合管道中流動，由以下部件組成A、環(huán)形管道(14)，磁液體的入口管道(15)與出口管道(16)相互平行，且與環(huán)形管道相切；B、環(huán)形管道(14)內(nèi)放置磁體(17)，其直徑比管道略小；C、管道外的驅(qū)動裝置至少由上下各一組磁系組成，每組磁系由磁體(18)及磁軛(19)組成，磁體(18)與磁體(17)磁化方向相反，環(huán)形管道內(nèi)裝有一個以上的磁體(17)，環(huán)形管道外設(shè)有對應(yīng)的一個以上的驅(qū)動裝置；D、管道外的驅(qū)動裝置通過臂桿(20)被小馬達(dá)驅(qū)動；E、管道(14)內(nèi)的磁體(17)兩端面的四周吸附磁液體(21)，這部分磁液體與磁體(17)一起構(gòu)成能夠被管道外的驅(qū)動裝置推動而運(yùn)動的活塞；(3)磁液體流經(jīng)磁場空間而被磁化的同時，被半導(dǎo)體制冷器所冷卻；(4)熱交換液體是由水或水與酒精的混合物組成；(5)磁液體作為制冷工作物質(zhì)的室溫附近磁制冷設(shè)備，磁液體的管路(26)、(34)、(43)中磁液體被磁力外驅(qū)動式泵(27)、(35)、(44)所推動而流動，磁液體通過磁場空間(28)、(36)、(45)和負(fù)載(29)、(37)、(46)，(30)、(38)、(47)是磁體，(31)、(39)、(48)是熱交換液體的管路；(6)磁液體流出磁場空間在R處分兩路，一路流經(jīng)負(fù)載，并冷卻負(fù)載，另一路冷卻半導(dǎo)體制冷器的熱端之后，通過散熱系統(tǒng)，在S處上述兩路磁流體匯合進(jìn)入磁場外驅(qū)動式泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以稀土磁液體作為制冷工作物質(zhì)的室溫附近磁制冷設(shè)備，其特征在于磁液體泵中環(huán)形管道內(nèi)裝有的磁體(17)為圓柱形、球形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以磁液體作為制冷工作物質(zhì)的室溫附近的磁制冷技術(shù)及設(shè)備。磁液體由居里溫度在室溫附近的鐵磁性及超順磁性的稀土金屬、合金及含稀土化合物的納米磁性顆粒、液態(tài)載體、分散劑、磁性顆粒表面修飾劑、穩(wěn)定劑、流體性能改善劑等組成;設(shè)備由磁場系統(tǒng)、磁液體泵、磁液體管路、半導(dǎo)體制冷器、熱交換液體及管路熱交換液體泵及負(fù)載七部份組成。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)磁液體具有放大磁熱效應(yīng)的物理現(xiàn)象,不僅在于克服以固體磁性材料作為工作物質(zhì)的磁制冷機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題,而且還在于它不再要求較高的磁場,因此可以用永磁體取代超導(dǎo)磁體。
文檔編號F25B21/00GK1368743SQ0110294
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月5日
發(fā)明者徐來自, 邱巨峰, 黃焦宏, 王正德, 王貴, 劉金榮, 金培育, 張澤玉, 成永順, 楊寶榮, 李培 申請人:包頭稀土研究院, 包頭鋼鐵學(xué)院