[发明专利]一种室温磁制冷机用永磁体系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种室温磁制冷机用永磁体系统。

背景技术

磁制冷技术是利用磁制冷材料(磁工质)所具有的磁热效应(Magnetocaloric  Effect)，即磁工质进入磁场(励磁)中向外界放热，退出磁场(退磁)中向外 界吸热这一特性实现制冷的。其原理是电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，将这两个过程用热力学循环(卡诺循环、埃里克森循环、斯特林循 环和布莱顿循环)连接在一起即可实现制冷。

室温磁制冷机主要应包括励磁源、磁工质、冷热端热交换器和传热流体管 道几个部分构成，其中励磁源、磁工质和传热流体管道是磁制冷机中设计的重 点也是难点，目前国内外已经提出多种磁制冷机的设计方案，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，但是将其运用到室温磁 制冷中，则会使装置复杂性大大提高，而且价格昂贵、不易维护，因而只适合 于理论和试验研究。随着超强永磁材料和高效磁热工质材料的不断问世，利用 永磁体作为磁场源则是一个相对价格便宜、容易实现的方法。目前制造的稀土 永磁体NdFeB的磁能积已经超过400kJ/m³，剩磁B_r达到1.4T，矫顽力H_c达 到1100kA/m。永磁体磁性能的提高极大地促进了室温磁制冷技术的发展，而 且也将使磁制冷机的结构更加紧凑。

为了增加磁制冷机的制冷温跨和制冷功率，需要较高强度的磁化场，人们 根据Halbach旋转定理设计了中空圆柱形永磁体结构。虽然这种永磁体结构能 够产生较大的磁场，但是也存在一定的缺点，就是磁路结构复杂，制造成本高， 而且这种中空圆柱形永磁磁场提供的工作间隙较小，使得磁工质用量较少，从 而使得制冷功率很低。人们对这种磁体结构又进行改进，例如申请号为 “200810223038.X”的专利提出了一种旋转磁制冷用的永磁磁体系统，但经过改 进后的磁体系统，由于工作间隙内加入了两块导磁铁芯，致使磁工质质量大大 减小。到目前为止室温磁制冷样机用的永磁体磁场源仍然存在以下问题：

1.气隙场强度均匀性不好，磁工质内部存在热交换，降低了换热效率。

2.气隙场强度较大的永磁系统，磁体结构复杂，加工和组装难度大、成本 高。

3.磁工质盒受力不对称，受到交变的不对称载荷的作用扭曲变形，增加了 室温磁制冷机的使用维修费用。

4.在工作气隙的大小与磁场强度的关系中，如何做到增加磁工质的质量而 不减小工作气隙的磁场强度也是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出供室温磁制冷机使用的一种结 构相对简单、高效的永磁体系统，使室温磁制冷机能在室温下实现大的制冷功 率。

一种室温磁制冷机用永磁体系统，其特征在于，包括提供励磁源的永磁体 和起导磁作用的E型导磁框架，所述导磁框架中部的磁铁芯将整个框架分为 上下两个区间，所述磁铁芯的外端为上下突出的平台结构；在上下两区间内分 别设有两层导磁材料，所述导磁材料的外端与磁铁芯的外端平齐，内端与框架 内壁留有间隙，导磁材料与磁铁芯的平台之间形成工作间隙，在工作间隙外的 导磁框架区间内按Halbach旋转定理确定的方向填入不同充磁方向的永磁体。

优选地，所述的永磁体为具有高磁能积的稀土钕铁硼永磁体；所述的导磁 铁芯框架以及导磁材料均为具有高磁导率、低矫顽力的电工纯铁。

优选地，所述导磁材料固定在E型导磁框架上。

优选地，所述突出的平台宽度占磁铁芯宽度的30％～50％。

优选地，所述导磁材料内端面与其一侧填充的永磁体之间留有间隙。

优选地，所述导磁材料的宽度与突出的平台宽度相同。