一種靜止式室溫磁制冷機(jī)及其制冷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于潔凈能源磁制冷技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種靜止式永磁室溫磁制冷機(jī)及其制冷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁制冷作為一種新型的制冷方式，因其不用壓縮機(jī)，效率高于氣體制冷，具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，而且所用傳熱工質(zhì)為液體，清潔沒有污染，越來越受到人們的重視。磁制冷是基于磁性材料的磁熱效應(yīng)(MCE)在制冷領(lǐng)域的應(yīng)用。磁性材料在受到外磁場的作用被磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)(磁熵減小)，對外界放熱；當(dāng)外磁場撤去退磁時(shí)，磁有序度下降(磁熵增大)，則從外界吸熱。將勵磁、吸熱、去磁、放熱等過程組成一個(gè)封閉的熱力循環(huán)，通過外磁場變化，控制基于磁熱效應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換，達(dá)到連續(xù)不斷地從一端放熱，從另一端吸熱的制冷目的。磁制冷技術(shù)的核心在于如何高效地對磁性材料進(jìn)行勵磁與退磁。
[0003]在世界范圍內(nèi)所有有關(guān)磁制冷裝置的公開論文和專利中，絕大部分是基于旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式的運(yùn)動磁體來實(shí)現(xiàn)，典型的代表有美國NASA的G.V.Brown在1976年提出的首臺往復(fù)式7T超導(dǎo)室溫磁制冷樣機(jī)(相應(yīng)專利US4069028)，C.B.Zimm在2001提出的1.5T永磁體勵磁旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)(相應(yīng)專利US20010925032)以及我國四川大學(xué)于2004年開發(fā)出永磁體勵磁旋轉(zhuǎn)式室溫磁制冷樣機(jī)(相應(yīng)專利CN20041040922)。它們的升磁和降磁都是通過移動或者轉(zhuǎn)動來產(chǎn)生磁場的磁體或者磁熱材料本身來實(shí)現(xiàn)的。由于運(yùn)動部件的存在，使得用以實(shí)現(xiàn)磁制冷熱力循環(huán)的裝置變得非常復(fù)雜，這不僅增加了系統(tǒng)的不可靠性，摩擦產(chǎn)生的熱損耗也降低了系統(tǒng)的整體制冷效率，并且換熱工質(zhì)循環(huán)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性也大大增加了。
[0004]除此以外，美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室的P.E.Blumenfeld在2002年提出了使用緩慢變化的電流通過高溫超導(dǎo)磁體，產(chǎn)生1.7T緩慢周期變化的磁場來實(shí)現(xiàn)靜止式的磁制冷。(相應(yīng)論文 High temperature superconducting magnetic refrigerat1n, AIPConference Proceedings)但是超導(dǎo)磁體不僅造價(jià)昂貴，它們的運(yùn)行也需要有嚴(yán)格的低溫條件。更重要的是，由于交流損耗的存在，超導(dǎo)磁體電流的變化速率都必須限制在一定范圍內(nèi)，否則就會造成超導(dǎo)磁體的失超。在這種情況下，整個(gè)磁制冷循環(huán)的頻率就大大降低了，從而也直接降低了系統(tǒng)的制冷量及效率。另外，清華大學(xué)的丁仁杰等在2004年也曾提出過使用帶鐵心的通電螺線管產(chǎn)生磁場，通過控制勵磁電流實(shí)現(xiàn)無運(yùn)動部件靜止式的磁制冷的方案(相應(yīng)專利CN20031050050)。這種帶鐵心勵磁的磁制冷機(jī)雖然便于控制調(diào)節(jié)，但由于勵磁電流強(qiáng)度受線圈發(fā)熱限制，磁場強(qiáng)度和作用時(shí)間有限，因此，國內(nèi)外也少有相應(yīng)的進(jìn)一步的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本申請?zhí)峁┑氖且环N靜止式永磁室溫磁制冷機(jī)及其使用方法，其中通過對其關(guān)鍵組件如磁制冷工質(zhì)等的具體結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，相應(yīng)能夠在更為緊湊的結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)靜止式磁制冷，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)點(diǎn)，因而尤其適用于空間較小的應(yīng)用場合。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種永磁室溫磁制冷機(jī)，其特征在于:所述制冷機(jī)包括導(dǎo)磁架3、永磁組體組件、激勵線圈組件、磁制冷工質(zhì)5、冷端換熱器9及熱端換熱器10，其中:
[0007]所述永磁體組件包括第一永磁體和第二永磁體，它們整體相互上下對置地設(shè)置在所述導(dǎo)磁架上，并用于在兩者之間提供；
[0008]所述激勵線圈組件包括第一線圈2a和第二線圈2b，其中所述第一線圈4a環(huán)繞所述第一永磁體，所述第二線圈4b環(huán)繞所述第二永磁體，用于產(chǎn)生充磁或退磁所需要的脈沖式非振蕩或振蕩磁場
[0009]所述制冷工質(zhì)5在脈沖式非振蕩充磁磁場的作用下，由于磁熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量；在脈沖式振蕩退磁磁場的作用下，由于磁熱效應(yīng)降低熱量；并通過管路與所述冷端換熱器9及所述熱端換熱器10相連，由此實(shí)現(xiàn)冷卻過程。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一永磁體和所述第二永磁體呈T型；
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁架優(yōu)選為C型；
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述制冷工質(zhì)5固定于所述第一線圈2a、所述第二線圈2b之間。
[0013]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種靜止式永磁室溫磁制冷機(jī)的制冷方法，所述制冷機(jī)包括:脈沖電源系統(tǒng)1、充退磁線圈2a和2b、永磁體4a和4b、磁制冷工質(zhì)5、控制系統(tǒng)6、冷端換熱器9及熱端換熱器10，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0014](I)關(guān)閉所述冷端換熱器9及所訴熱端換熱器10，打開所述電源系統(tǒng)充電，充電完成后控制所述線圈2a、2b所述給永磁體4a、4b進(jìn)行充磁；
[0015](2)充磁完畢后所述永磁體4a、4b產(chǎn)生磁場，所述磁制冷工質(zhì)5由于磁熱效應(yīng)溫度升高；所述控制系統(tǒng)控制所述熱端換熱器10將所述磁制冷工質(zhì)5產(chǎn)生的熱量帶走；
[0016](3)關(guān)閉所述冷端換熱器9及所訴熱端換熱器10，打開電源系統(tǒng)充電，充電完成后控制所述線圈2a、2b給所述永磁體4a、4b進(jìn)行退磁；
[0017](4)退磁完畢后，所述永磁體4a、4b失去磁場，所述磁制冷工質(zhì)5退磁降溫；所述控制系統(tǒng)6，控制所述冷端換熱器9將所述磁制冷工質(zhì)5產(chǎn)生的冷量傳出，以實(shí)現(xiàn)制冷。
[0018]總體而言，按照本發(fā)明的上述技術(shù)構(gòu)思與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)占.V.
[0019]1、本發(fā)明采用脈沖電源、充退磁線圈、續(xù)流回路及配套控制系統(tǒng)，通過控制續(xù)流回路的開斷在充退磁線圈中產(chǎn)生脈沖式振蕩和非振蕩電流，可對勵磁用永磁體進(jìn)行連續(xù)的充磁和退磁，實(shí)現(xiàn)靜止式磁制冷；
[0020]2、本發(fā)明繼承了基于永磁體的磁制冷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、經(jīng)濟(jì)性高。同時(shí)，永磁體與磁性材料之間不需要通過相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)磁性材料的勵磁與退磁，大大提高了磁制冷裝置運(yùn)行的可靠性及維護(hù)的簡便性，提高裝置的使用壽命；
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述靜止式室溫磁制冷機(jī)的原理示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明所述脈沖電源系統(tǒng)的電路示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明所述充退磁場的波形示意圖。
【具體實(shí)施