[实用新型]一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置

说明书

技术领域

本实用新型属于洁净能源磁制冷技术应用领域，具体涉及一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，它能够提高电磁能与热能能量转换效率、可靠性、经济性与实用性。

背景技术

磁制冷是基于磁性材料的磁热效应（MCE）在制冷领域的应用。磁热效应是磁性材料物质的一种固有特性。磁性材料在受到外磁场的作用被磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外界放热；当外磁场撤去退磁时，磁有序度下降（磁熵增大），则从外界吸热。将励磁、吸热、去磁、放热等过程组成一个封闭的热力循环，通过外磁场变化，控制磁熵，基于磁热效应的能量转换，达到连续不断地从一端放热，从另一端吸热的制冷目的。

磁制冷技术是一种高效绿色环保的制冷技术。与现有一般传统的依靠气体压缩与膨胀的制冷技术相比，具有显著的优点：

1.磁制冷循环效率可以达到卡诺循环的30％～60％，而依靠气体的压缩与膨胀的制冷循环一般只能达到5％～10％。

2.磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，对大气和臭氧层无污染破坏。

3.磁性工质材料的熵密度远大于气体的熵密度，因此制冷装置可以做的更紧凑。

4.磁制冷可以用电磁体或超导磁体以及永磁体等提供所需的外加磁场，无需压缩机，没有运动部件的机械磨损问题。因此具有机械振动及噪声小，工作可靠性高，使用寿命长等特点。

磁制冷机技术虽具有显著的技术优点，但在实际设计与制造上存在着若干关键技术和技术难题。

当温度在20K以上，特别是近室温附近，磁性离子系统热运动大大加强，磁性材料的晶格熵增大到不能忽视的程度，磁制冷系统的部分制冷能力将消耗于冷却晶格热负荷，从而系统的制冷能力下降。

在系统中增加磁蓄冷器可以在循环的某一阶段将晶格系统释放的热量储存，而在另一个阶段再返还到晶格系统中，这样磁制冷系统中用于冷却晶格热负荷的那部分制冷能力将得到更有效的利用，有效熵变增加，温跨增大。

磁制冷技术的主要科学问题是电磁能与热能的耦合机理和有效热输运机制。从提高磁制冷机的热效率来看，必须使MCE产生的冷量在制冷循环的周期内尽快尽多地带走，这样除了采用高效的传热机制外，减少热量回流、保证热量传递的方向性就显得尤为重要。

相对于现有的用阀门控制热量传递方向的磁制冷机，采用热开关（如热二极管）的磁制冷机不仅结构简单、运行可靠，而且它能更加快速、直接、有效地控制磁蓄冷装置中的热量传递，因而采用热开关磁蓄冷装置的磁制冷机能够很大程度地减少循环中的不可逆损失，使实际得到的磁制冷循环更加接近逆向卡诺循环，从而使磁制冷机能够获得更高的热效率。

2004年4月7日公开的CN2610281Y的中国专利文献“一种磁热量的传热装置”，该装置采用热管传递磁热效应产生的热量，具有简洁高效的特点。但不足的是该专利文献只单一作为一种传热装置。

2008年1月30日公开的CN101115962A的中国实用新型专利公开说明书公开了一种制造用于活性磁制冷机的磁蓄冷器的方法，活性磁蓄冷器中磁性材料既是磁性工质又是蓄冷材料。但对蓄冷器在逆向热力循环中的一些主要问题没有涉及。总的来说，目前国内外这方面报道甚少。

磁制冷技术是电磁能和热能的转换，研究磁热耦合机制是突破磁制冷技术应用主要的理论基础和关键技术。在晶格系统电磁输运与热输运的耦合，既具有瞬态时序性，又具有严格热流方向性。对解决热流的方向性研究未见报道。

实用新型内容

本实用新型是基于磁热效应能量转换的机制，提供一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，该磁蓄冷装置具有效率高、结构紧凑、运行稳定和经济性好的特点。

本实用新型提供的一种用于磁制冷机的磁蓄冷装置，用于设置在一可控磁场源中，其特征在于，该装置包括构成传热回路的磁蓄冷器和传热组件，该传热组件包括至少一个热开关单元，磁蓄冷器为装有磁性工质的容器，热开关单元的一部分设置于磁蓄冷器内部与磁性工质接触，在磁场变化过程中有效地使磁性工质与外界进行热输运。

作为上述技术方案的改进，所述传热组件中只包括一个热开关单元时，该热开关单元用于磁蓄冷器的放热或吸热过程，磁蓄冷器的吸热或放热过程由磁蓄冷器与阀门、泵、管道及换热器连接构成流通回路来完成。

作为上述技术方案的进一步改进，传热组件包括至少二个热开关单元，用于同一热流方向时，各个热开关单元保持传热方向的一致性。