[发明专利]一种往复式室温磁制冷机及制冷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁制冷机及制冷方法，尤其涉及一种往复式室温磁制冷机及制冷方法。

背景技术

制冷技术在许多行业都得到了广泛的应用，涉及到低温工程、气体液化、石油化工、航空航天、空调冰箱等各个行业。在工业生产和科学研究中，通常把制冷分成低温制冷(低于20K)、中温制冷(介于20K到80K)和高温制冷(高于80K)。在低温制冷领域，磁致冷技术占有绝对的优势，主要用来生产液氦、液氮等冷却液体，高温区或者说室温区磁致冷是当前人类努力的目标，若能实现则会产生巨大的社会效益和经济效益，也不会产生有害气体造成对环境的破坏。

磁致冷技术是利用磁致冷材料(磁工质)所具有的磁热效应(MagnetocaloricEffect)，即磁工质进入磁场中发热，退出磁场后降温这一特性实现制冷的。其原理是原子磁矩在磁场中有序的排列，造成磁熵降低，引起磁工质发热；退出磁场后磁矩排列无序，磁熵增大，磁工质要从外界吸热，将这两个过程连接在一起可实现制冷。

磁致冷技术的研究已经有100多年的历史了，以前的研究主要集中在了低温区(小于20K)，而且得到了成功的应用。从20世纪70年代开始，随着人们对环保和节能意识的加强，许多国家投入了大量的人力和物力来研究室温磁致冷技术。

室温磁致冷机主要应包括磁场源、磁工质、冷热端热交换器和传热流体管道几个部分构成，其中磁场源、磁工质和传热流体管道是磁致冷机中设计的重点也是难点，目前国内外已经提出多种磁致冷机的设计方案，归纳起来，这些设计方案按照磁场源的设计方式来看，主要有采用超导磁体和永磁体两种方式。对于前者，利用超导技术可以产生非常高的磁场，但是将其应用到室温磁致冷中，则会使装置复杂性大大提高、实现困难，而且价格昂贵、不易维护，因而只适合于理论和试验研究。随着超强永磁新材料的不断问世，利用永磁体作为磁场源则是一个相对容易实现，而且价格便宜的方法。目前制造的稀土永磁体NdFeB的磁能积已经达到400kJ/m，剩磁B_r达到1.4T，矫顽力H_c达到900kA/m。永磁体磁性能的提高极大地促进了室温磁致冷技术的发展，而且制冷机的体积也大大减小。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种往复式室温磁制冷机及制冷方法。所述技术方案如下：

一种往复式室温磁制冷机，包括：

磁场源，主要采用永磁体构成，且将该磁体安装在一伺服滚珠丝杠滑台上；

磁工质，放置于磁致冷盒中，并将该制冷盒安装在所述磁场源的气隙中，且制冷盒的两端分别通过阀门来控制传热流体的流向；

传热流体循环管道，所述传热流体管道上设置有流体泵，且传热流体根据所述磁工质的吸热与放热情况而流向不同的热交换器；热交换器，对传热流体进行热交换；控制单元，通过事先写入计算机编程控制器的程序来控制所述部件间的协调运行。

本发明还提供了一种往复式室温磁制冷机制冷的方法，包括：

放置磁工质于磁制冷盒中，并将该制冷盒安装在磁场源的气隙中；

通过控制单元控制制冷盒两端的传热流体的流向。

上述制冷机的传热流体的流向循环过程还包括以下步骤：

判断伺服滑台的位置；

根据伺服滑台的位置，控制单元向步进电机发送保持信号，且向阀门发送打开或关闭命令；

保持步进电机的信号，直到该步进电机接受到控制单元发出的反转信号；

判断控制单元是否要继续发送信号，如果是，根据伺服滑台的位置，继续发送信号，否则，结束磁制冷机制冷的循环过程。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

通过控制单元控制制冷盒两端的传热流体的流向，完成磁制冷机的循环过程，实现了室温下的制冷效果，结构简单，无需使用压缩机和复杂的机械运动单元。

附图说明

图1是磁制冷机的结构示意图；

图2是磁制冷机中制冷盒的结构示意图；

图3是磁制冷机中磁场源磁力线的分布示意图；

图4是磁制冷机中控制单元的软件流程框图；

图5是室温磁制冷机的制冷方法流程图；

图6是室温磁制冷机的传热流体的流向循环流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例中的控制单元控制热传流的流向，完成磁制冷机的循环过程。

实施例1