[发明专利]一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法

说明书

一种回热式热磁‑磁热耦合制冷系统及方法，系统包括永磁体、回热式热磁开关、回热式制冷床、磁轭组件、高温热源、常温热汇和流体驱动装置；回热式热磁开关内热磁材料按照居里温度从高到低由热端到冷端依次填充；永磁体、回热式热磁开关、回热式制冷床通过磁轭组件连接，形成磁路；回热式热磁开关被常温热汇冷却至居里温度以下，磁路导通，回热式制冷床被磁化；回热式热磁开关吸收高温热源的热量，被加热至居里温度以上，磁路断开，回热式制冷床被退磁，热交换流体通过流体驱动装置将回热式制冷床的冷量传递给低温热源。本发明通过主动回热的方式，能够高效利用高温热源的热量，实现热驱动磁制冷。

技术领域

本发明属于制冷与空调领域，具体涉及一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法。

背景技术

蒸气压缩制冷循环是目前全球采用最为广泛的制冷技术，但是蒸气压缩制冷系统中大量使用的氟氯烃、氟代烃等制冷剂对环境及气候的破坏作用十分明显，这些制冷剂在国际组织的约束下正在逐渐被替代。

室温磁制冷技术是一种基于磁热效应的新型制冷技术，磁热效应是一种在变化磁场下磁性材料磁矩有序性发生变化而产生的热现象，涉及到磁工质内部的相变，对应的熵变及潜热即可用于制冷或热泵。磁热工质为固体，无毒、无温室效应、不破化臭氧层，因此室温磁制冷是一种可替代蒸气压缩制冷的新型绿色制冷技术。目前的磁制冷技术中广泛采用永磁体作为磁场源，根据永磁体和磁热工质的运动形式将磁制冷系统分为往复型和旋转型，往复运动或者旋转通过电机等机械设备实现，从而使磁工质被周期性的磁化或退磁，因此磁制冷系统中额外引入了机械运动部件，但是，机械运动部件一方面限制了磁制冷系统的运行频率，另一方面由于需要经常维护而降低了整个系统的可靠性。

热磁效应是磁热效应的逆过程，当热磁材料被加热至居里温度以上时，材料发生从铁磁态到顺磁态的转变，磁导率降低，当热磁材料被冷却至居里温度以下时，其从顺磁态又转变为铁磁态，磁导率急剧增大。如果通过导磁材料将永磁体、热磁材料以及磁热工质串联成一个磁路系统，则冷却热磁材料时，磁路系统导通，永磁体发出的磁通通过磁热工质，磁热工质被磁化；加热热磁材料时，磁路系统断开，永磁体发出的磁通无法通过磁工质，磁工质被退磁。因此可以把热磁材料看成是一个由热驱动的磁路开关，通过周期性地加热和冷却热磁材料实现磁路的“通”和“断”，从而控制磁热材料周期性被磁化和退磁。这种热磁-磁热耦合制冷循环使用热磁材料取代了传统磁制冷系统中的机械运动部件。

公开号为CN111238078A的中国专利公开了一种使用热声驱动的磁制冷系统，该系统利用热声发动机驱动液体换热介质和热磁材料的换热以及液体换热介质和磁热材料的换热，由热磁材料在居里温度附近的相变来实现磁路周期性“通”、“断”，使磁热材料周期性磁化和退磁，进而实现制冷。但该系统对于外界热量的利用并不高效，由于液体换热介质与热磁材料在换热过程中温度逐渐降低或升高，产生温度梯度，使得一部分热磁材料相变不完全，无法实现磁路的“通”或“断”；另一方面，该系统在换热过程中，从热磁材料和磁热材料中经过的热交换流体的流量始终相同，当流量较小时，热磁材料无法完全相变；当流量较大时，磁热材料的回热损失较大，系统温差小。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中热磁材料无法相变完全以及热磁材料和磁热材料所需热交换流体流量不一致的问题，提供一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法，利用由热量驱动相变的热磁材料作为磁路开关，磁路开关由几种具有不同居里温度的热磁材料构成，并通过主动回热的方式更加高效的利用来自高温热源的热量，保证热磁材料能够完全相变；通过流体驱动装置分别控制流经热磁材料和磁热材料的热交换流体的流量，从而保证热磁材料与热交换流体充分换热的同时，磁热材料能够为系统提供更大的温差。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统，包括：

回热式热磁开关，由几种具有不同居里温度的热磁材料填充构成，并且从热端到冷端热磁材料的居里温度依次由高到低设置；