[实用新型]一种用于室温磁制冷的串联微元回热系统

说明书

技术领域

本实用新型专利涉新型制冷技术领域，具体涉及一种用于室温磁制冷的串联微元回热系统。

背景技术

能源是人类赖以生存的基础，随着世界一次能源消费量的不断增加，降低能耗、利用自然能源已成为科学研究的重要方向。随着人们生活水平的提高，制冷技术已经走进千家万户。制冷技术主要有蒸汽压缩制冷、热电制冷、热声制冷、涡流管制冷、吸附式制冷、磁制冷等。室温磁制冷技术是以磁热性材料在室温区的巨磁热效应（Magnetocaloric Effect, MCE）为基础的一种新型的制冷技术。与传统的蒸汽压缩式制冷相比，磁制冷凭借其环保、高效的优势，被视为最有潜力替代传统蒸汽压缩制冷循环的技术之一。从机械可靠性和紧凑性来说，磁制冷采用永磁体提供磁场且运转频率低，机械震动少、工作噪音小、机械可靠性高，寿命长。并且由于磁熵密度比气体大，所以制冷装置的结构能变得更加紧凑、安全。从能源利用率方面考虑，传统蒸汽压缩机的热效率仅能达到卡诺循环的5%~10%，而磁制冷循环却能达到30%~60%，节能效果显著。因此，室温磁制冷技术有相当良好的应用前景。各国的科研人员都对磁制冷技术开展了广泛的研究。

受限于现阶段磁热性材料在有限的永磁体场强下的磁热效应不足的情况下，现阶段主要使用的主动式回热器在换热流体通过强制对流的方式带出磁热性材料产生热量和冷量的过程中，让磁热性充当回热材料，储存和释放循环过程中的晶格熵。从而实现在外场一定的情况下，大大增大磁熵的可用量。主动式回热器中温度经过多次累积，形成一定温度梯度，从而扩宽热端和冷端之间的温跨，从而实现向一定温度下的环境提供冷量。但是，在实际使用的过程中，尤其是冷热端温跨增大后，载冷流体和磁热性工质会使冷端和热端之间的热短路，从而造成制冷量或者制热量有所损失；另外，主动式回热器内每一个微元复叠循环回热效率下降，使得现行的室温磁制冷系统在大温跨下系统制冷功率小。因此，设计出更为高效的主动式回热器系统，使得室温磁制冷技术在大温跨下仍然保留有较大的制冷量和制热量的工作具有实质性意义。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的是根据磁热效应原理和室温磁制冷回热循环，提供一种在温差自驱动下主动回热的室温磁制冷的串联微元回热系统。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种用于室温磁制冷的串联微元回热系统，包括电机、传动装置、磁制冷回热器、连接所述磁制冷回热器吸热区的冷端导热换热器、连接所述磁制冷回热器放热区的热端导热换热器，所述磁制冷回热器包括设置有高温区导热孔及低温区导热孔的圆形上盖板和下盖板、依次同轴串联设置于上盖板和下盖板之间的高温级主动回热器、级间导热润滑模块、低温级主动回热器，所述的高温级主动回热器的吸热区和低温主动回热器的放热区沿轴向重叠，分别包括至少两层相互呈180度分布且旋向相反的旋转式磁制冷回热器模组，相邻磁制冷回热器模组之间还设置有层间润滑导热模块，所述电机通过传动装置与所述旋转式磁制冷回热器模组驱动连接。

进一步地，所述的旋转式磁制冷回热器模组包括固定不动的弧形永磁体磁场、旋转并穿过永磁体磁场的回热器动盘、均匀嵌入在所述回热器动盘上的磁热性工质填充床层。

进一步地，所述的永磁体磁场包括外磁体和内磁铁，所述外磁体和内磁体分别为两个同心半圆环，内磁体的外圆弧表面与外磁体的内圆弧表面相对，形成与所述回热器动盘间隙配合的弧形高磁场区域间隙。

进一步地，所述的弧形高磁场区域间隙的宽度为10mm-40mm。

进一步地，所述的回热器动盘为圆环状的磁热性工质盘，由低导热系数材料加工而成，所述的回热器动盘的内孔设置有内齿，所述的回热器动盘的圆周方向上均匀布满若干用于装配所述磁热性工质填充床层的扇形通孔，相邻两个扇形通孔之间设有绝热隔板，防止扇形通孔内的磁热性材料间相互漏热造成磁热性工质盘内部热短路。

进一步地，所述的扇形通孔高度为10mm-80mm。

进一步地，所述的层间润滑导热模块呈圆环状，中间设置有环状导轨。

进一步地，所述的环状导轨上沿周向开有扇形通孔，扇形通孔内填入具有一定耐磨及导热系数的扇形导热润滑块或热管换热器，所述扇形通孔数目与回热器动盘内的磁热性材料填充床层数目相同。

进一步地，所述的级间导热润滑模块呈环形，中间设置有环形导轨，所述环形导轨上相对所述的高温级主动回热器的吸热区和低温主动回热器的放热区的位置设置有扇形通孔，所述的扇形通孔内填入具有一定耐磨及导热系数的扇形导热润滑块或热管换热器。