[发明专利]一种热电磁复合全固态制冷装置

说明书

本发明提供一种热电磁复合全固态制冷装置，包括磁体组、直流电源、热电磁复合制冷器件、热端换热器流道、冷端换热器流道；热电磁复合制冷器件与直流电源连接；磁体组设置在热电磁复合制冷器件的外部；热端换热器流道、热电磁复合制冷器件、冷端换热器流道构成多重嵌套结构；热电磁复合制冷器件包括外层热电层、磁热材料层、内层热电层；多重嵌套结构由内向外依次为热端换热器流道、内层热电层、磁热材料层、外层热电层、冷端换热器流道。本发明实现磁制冷与热电制冷的整合，解决了磁制冷运行频率低、磁热材料易腐蚀和热电制冷制冷量小、效率低的问题。利用微元循环原理，将热电磁复合制冷器件沿轴向设置m层，提升制冷效率，实现大温跨制冷。

技术领域：

本发明涉及制冷技术领域，尤其是一种热电磁复合装置。

背景技术：

磁制冷技术是基于磁热材料的磁热效应，是一种新型固态制冷技术。磁热效应是磁性材料的一种固有属性，指由于外磁场变化引起的磁性材料自身磁熵改变。当对磁性材料施加磁场时，材料内部磁矩由无序变为有序，磁熵降低，与温度有关的熵增加，材料自身温度升高，对外放出热量；撤去磁场后，材料内部磁矩由有序恢复无序，磁熵增加，与温度有关的熵减小，材料自身温度降低，从外吸收热量。相比于传统的蒸汽压缩式制冷，磁制冷技术具有绿色环保、结构紧凑、运行可靠等优点。传统的蒸汽压缩式制冷制冷循环热效率只能达到卡诺循环的5％-10％，磁制冷热效率可以达到卡诺循环的30％-60％，因此，磁制冷技术具有良好的应用前景。为了提高制冷温跨，在磁制冷系统中采用主动式磁制冷回热器，固体材料既作为制冷工质，也是回热介质，采用流体作为换热介质。但由于磁热材料的脆性大，成型性差，在流体冲击下易受到破坏，在传热过程中不可逆损失高以及控制流体往复运动的机械泵的运行频率限制等，现有原型机普遍存在运行频率低的问题。

热电制冷是一种基于帕尔贴效应的固态制冷技术，又称为温差电制冷或半导体制冷。帕尔贴效应指当电子在电场作用下从能极高的导体流向能级低的导体时，该电子在界面势磊处向下跃迁，对外放热；当电子从能级低的导体流向能级高的导体时，电子在界面处向上跃迁，从外吸热。热电制冷与传统的机械制冷相比，具有尺寸小、重量轻、无任何机械转动部分、噪声小，不使用液态或者气态工质，因而不存在环境污染的危害，热电制冷的应用几乎遍布理、工、农、医等各个领域。但热电制冷的缺点是热电转换效率低，制冷量小，限制了半导体制冷的进一步应用。

技术内容

本发明提供一种热电磁复合全固态制冷装置，实现磁制冷与热电制冷的优化整合，解决了磁制冷运行频率低、磁热材料受流体冲刷易腐蚀和热电制冷制冷量小、效率低的问题。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一种热电磁复合全固态制冷装置，包括磁体组、直流电源、热电磁复合制冷器件、热端换热器流道、冷端换热器流道；所述热电磁复合制冷器件与直流电源通过电源线连接；所述磁体组设置在热电磁复合制冷器件的外部；所述热端换热器流道、热电磁复合制冷器件、冷端换热器流道构成多重嵌套结构；所述热电磁复合制冷器件包括外层热电层、磁热材料层、内层热电层；所述多重嵌套结构由内向外依次为热端换热器流道、内层热电层、磁热材料层、外层热电层、冷端换热器流道。

进一步，包括n个热电磁复合制冷器件，n≥1的整数；所述n个热电磁复合制冷器件嵌套在一条冷端换热器流道中；所述n个热电磁复合制冷器件匹配设置n个热端换热器流道，所述n个热端换热器流道分别嵌套在n个热电磁复合制冷器件中。

进一步，所述每个热电磁复合制冷器件沿轴向布置m层，m≥1的整数。

进一步，所述外层热电层包括X个外层π形热电组件，X≥1的整数，X个π形热电组件串联连接，设置在磁热材料层外端面外部。