CN103115454B - 一种磁制冷部件及磁制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁制冷部件，包括第一磁场系统、第二磁场系统和磁制冷床组件，所述磁制冷床填充磁制冷工质，并具有在工作时能够耦合到热端热交换器的第一端以及能够耦合到冷端热交换器的第二端，所述第一磁场系统和第二磁场系统分别在所述磁制冷床的磁制冷工质上施加磁场，使得在工作时第一磁场和第二磁场是大小交替变化的并具有第一最大值和第一最小值，所述第一磁场和第二磁场具有相同的变化周期，且相位差为180度。本发明通过变换自身相位的内外套磁场系统实现磁化和退磁过程。采用两套联动的方式，降低驱动扭矩，能够有效提高室温磁制冷机的使用效能。

Description

一种磁制冷部件及磁制冷机

技术领域

本发明涉及磁制冷技术领域，特别涉及一种磁制冷部件及磁制冷机。

背景技术

磁热效应是磁性材料在磁化和退磁过程中由于内部磁熵变化而引起材料吸放热的一种性质，是材料的一种固有特性，磁制冷就是通过材料的磁热效应来实现制冷目的的，是一种具有环保、节能的新技术。所谓磁制冷机就是利用磁制冷原理制备的一种制冷机。磁制冷技术是一种新兴的制冷技术。

磁制冷是基于磁性材料的磁热效应原理制冷的。磁热效应是磁性材料在磁化和退磁过程中由于内部磁熵变化而引起材料吸放热的一种性质，即外加在磁性材料的磁场增大时，其温度升高，施加在磁性材料的磁场减小时，温度降低，它是磁性材料的固有性质，这种特性在材料的居里点附近最大。磁制冷就是通过磁性材料的磁热效应来实现制冷目的的，是一种具有环保、节能的新的制冷技术。磁制冷机就是利用磁制冷原理制备的一种制冷机。

磁制冷技术的开发应用是近几十年发展起来的，由于其环保、高效受到各国普遍重视，并获得较显著的进展。本发明旨在通过提高磁制冷机的运行效率，力图提高和改善磁制冷机的制冷效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁制冷部件及磁制冷机。

一种磁制冷部件，包括：

第一磁场系统和磁制冷床组件，包括第一磁场系统以及设置在所述第一磁场系统内的工作空间中的第一磁制冷床，所述第一磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有填充磁制冷工质，并具所述第一磁场系统在所述第一磁制冷床的磁制冷工质上施加第一磁场；

第二磁场系统和磁制冷床组件，包括第二磁场系统以及设置在所述第二磁场系统内的工作空间中的第二磁制冷床，所述第二磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有磁制冷工质，所述第二磁场系统在所述第二磁制冷床的磁制冷工质上施加第二磁场；

其中，在工作时，第一磁制冷床的第一端能够耦合到热端热交换器上，第一磁制冷床的第二端能够耦合到冷端热交换器上，第二磁制冷床的第一端能够耦合到热端热交换器上，第二磁制冷床的第二端能够耦合到冷端热交换器上；

其中，在工作时所述第一磁场系统和所述第二磁场系统被如此设置，使得第一磁场是大小交替变化的并具有第一磁场最大值和第一磁场最小值；第二磁场是大小交替变化的并具有第二磁场最大值和第二磁场最小值，所述第一磁场和第二磁场具有相同的变化周期，且相位差为180度；

其中，当所述第一磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第二磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第一磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第二磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第一磁制冷床的第一端流入所述第一磁制冷床，冷却后经所述第一磁制冷床的第二端流出到所述冷端热交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第二磁制冷床的第二端流入所述第二磁制冷床，通过所述第二磁制冷床的第一端将热量带到所述热端热交换器；

其中，当所述第二磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第一磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第二磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第一磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第二磁制冷床的第一端流入所述第二磁制冷床，冷却后经所述第二磁制冷床的第二端流出到所述冷端交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第一磁制冷床的第二端流入所述第一磁制冷床，通过所述第一磁制冷床的第一端将热量带到所述热端热交换器。

优选地，还包括：所述第一磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和外筒形磁体可以相对旋转，从而在所述内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

优选地，还包括：所述第二磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和外筒形磁体能够相对旋转，从而在内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

优选地，还包括：所述内筒形磁体和外筒形磁体相对旋转一周产生一个磁场最大值和一个磁场最小值。

优选地，还包括：磁体相位控制减速机构，用于将动力耦合到所述第一磁场系统和第二磁场系统上，使得内筒磁体和外筒磁体发生相对旋转，并使得第一磁场系统产生的第一磁场与第二磁场系统产生的第二磁场位相差180度。

优选地，还包括：伺服电机，耦合到所述磁体相位控制减速机构上，用于提供所述动力。

优选地，还包括：所述第一磁场系统和第二磁场系统采用并列放置或同轴放置。

优选地，还包括：所述磁体采用稀土永磁钕铁硼。

优选地，还包括：所述磁制冷工质包括稀土金属钆和/或La(FeCoSi)13B0.25，当同时使用两者时，二者分段放置，中间以不锈钢网分隔。

另外，还提供了一种磁制冷机，包括：

第一磁场系统和磁制冷床组件，包括第一磁场系统以及设置在所述第一磁场系统内的工作空间中的第一磁制冷床，所述第一磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有填充磁制冷工质，并具所述第一磁场系统在所述第一磁制冷床的磁制冷工质上施加第一磁场；

第二磁场系统和磁制冷床组件，包括第二磁场系统以及设置在所述第二磁场系统内的工作空间中的第二磁制冷床，所述第二磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有磁制冷工质，所述第二磁场系统在所述第二磁制冷床的磁制冷工质上施加第二磁场；

冷端换热交换器，分别耦合到所述第一制冷床的第二端以及第二制冷床的第二端；

热端热交换器，分别耦合到所述第一制冷床的第一端以及所述第二制冷床的第一端；

以及热交换液驱动泵，用于热交换液换向驱动；

其中，在工作时所述第一磁场系统和所述第二磁场系统被如此设置，使得所述第一磁场大小交替变化并具有第一磁场最大值和第一磁场最小值；所述第二磁场是大小交替变化的并具有第二磁场最大值和第二磁场最小值，所述第一磁场和所述第二磁场具有相同的变化周期，且相位差为180度；

其中，当所述第一磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第二磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第一磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第二磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第一磁制冷床的第一端流入所述第一磁制冷床，冷却后经所述第一磁制冷床的第二端流出到所述冷端热交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第二磁制冷床的第二端流入所述第二磁制冷床，通过所述第二磁制冷床的第一端将热量带到所述热端热交换器；

其中，当所述第二磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第一磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第二磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第一磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第二磁制冷床的第一端流入所述第二磁制冷床，冷却后经所述第二磁制冷床的第二端流出到所述冷端交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第一磁制冷床的第二端流入所述第一磁制冷床，通过所述第一磁制冷床的第一端将热量带到热端热交换器。

优选地，还包括：所述第一磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和所述外筒形磁体可以相对旋转，从而在内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

优选地，还包括：所述第二磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和所述外筒形磁体可以相对旋转，从而在内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

优选地，还包括：磁体相位控制减速机构，用于将动力耦合到所述第一磁场系统和第二磁场系统上，使得所述内筒磁体和所述外筒磁体发生相对旋转，并使得所述第一磁场系统产生的第一磁场与所述第二磁场系统产生的第二磁场位相差180度。

优选地，还包括：所述内筒形磁体和所述外筒形磁体相对旋转一周产生一个磁场最大值和一个磁场最小值。

优选地，还包括：耦合到所述磁体相位控制减速机构上的伺服电机。

优选地，还包括：所述第一磁场系统和第二磁场系统采用并列放置或同轴放置。

优选地，还包括：所述磁体采用稀土永磁钕铁硼。

优选地，还包括：所述磁制冷工质包括稀土金属钆和/或La(FeCoSi)13B0.25，当同时使用两者时，二者分段放置，中间以不锈钢网分隔。

综上所述，本发明通过采用双磁场系统，相对于单个磁场系统而言，双制冷系统了可以以“双工”方式工作，提高制冷效率；另外采用双磁场系统可以克服单磁场系统存在的旋转扭矩过大的问题，因为单个磁场组自身旋转时，内、外筒磁体从最小磁感应强度达到最大磁感应强度时，旋转扭力很大。但使用双系统时，当第一永磁磁场系统达到最大磁感应强度时，第二永磁磁场系统达到最小磁感应强度，第一和第二磁场系统同时旋转时，扭力可以相互抵消，达到最小。

附图说明

图1是本发明提供的一种磁制冷部件第一实施例的示意图；

图2是本发明提供的一种磁制冷部件第二实施例的示意图；

图3是单磁体系统磁场变化图；

图4是双磁体系统磁场变化关系图；

图5是本发明提供的一种磁制冷机的第一实施例示意图；

图6是本发明提供的一种磁制冷机的第二实施例示意图；

图7是本发明提供的一种磁制冷机的第三实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1是本发明提供的一种磁制冷部件第一实施例的示意图。

本实施例公开了一种磁制冷部件，包括第一磁场系统101、在第一磁场系统101内部的磁制冷床102以及填充在所述磁制冷床102中的磁制冷工质103，第二磁场系统104、在第二磁场系统104内部的磁制冷床105以及填充在所述磁制冷床105中的磁制冷工质106。

所述第一磁制冷床102和第二磁制冷床105由低导热材料制成，为中空圆柱形，中空部分放置球形颗粒状、不规则形状、片装或者丝状室温磁制冷材料，作为第一磁场磁制冷工质103和第二磁场磁制冷工质106。所述第一磁制冷床102和第二磁制冷床105两端有防漏网和带接口的密封端头，接口用于连接管路。

其中，在工作时，所述第一磁制冷床102的第一端能够耦合到热端热交换器上，所述第一磁制冷床102的第二端能够耦合到冷端热交换器上，所述第二磁制冷床105的第一端能够耦合到所述热端热交换器上，所述第二磁制冷床105的第二端能够耦合到所述冷端热交换器上；

其中，在工作时所述第一磁场系统101和所述第二磁场系统104被如此设置，使得第一磁场是大小交替变化的并具有第一磁场最大值和第一磁场最小值；第二磁场是大小交替变化的并具有第二磁场最大值和第二磁场最小值，所述第一磁场和第二磁场具有相同的变化周期，且相位差为180度；

其中，当所述第一磁场系统101的磁场由最大值变到最小值时，所述第二磁场系统104的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第一磁制冷床102的磁制冷工质103吸热，所述第二磁制冷床105的磁制冷工质106放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第一磁制冷床102的第一端流入所述第一磁制冷床102，冷却后经所述第一磁制冷床102的第二端流出到所述冷端交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第二磁制冷床105的第二端流入所述第二磁制冷床105，通过所述第二磁制冷床105的第一端将热量带到所述热端热交换器；

其中，当所述第二磁场系统104的磁场由最大值变到最小值时，所述第一磁场系统101的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第二磁制冷床105的磁制冷工质106吸热，所述第一磁制冷床102的磁制冷工质103放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第二磁制冷床105的第一端流入所述第二磁制冷床105，冷却后经所述第二磁制冷床105的第二端流出到所述冷端热交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第一磁制冷床102的第二端流入所述第一磁制冷床102，通过所述第一磁制冷床102的第一端将热量带到所述热端热交换器。

另外，在本实施例中，第一和第二磁场系统的相位差设置成180度。本领域技术人员可以理解，上述相位差的设置也包括相位差基本上是180度的情况，只要第一和第二磁场系统在其工作空间的磁场差值保持足够大，也可以有效制冷，均在本专利的保护范围内。

本发明通过采用双磁场系统，相对于单个磁场系统而言，双制冷系统了可以以“双工”方式工作，提高制冷效率；另外采用双磁场系统可以克服单磁场系统存在的旋转扭矩过大的问题，因为单个磁场组自身旋转时，内、外筒磁体从最小磁感应强度达到最大磁感应强度时，旋转扭力很大。但使用双系统时，当第一磁场系统达到最大磁感应强度时，第二磁场系统达到最小磁感应强度，第一和第二磁场系统同时旋转时，扭力可以相互抵消，达到最小。

图2是本发明提供的一种磁制冷部件第二实施例的示意图。

本实施例在实施一的基础上，又公开了一种磁制冷部件，所述第一磁场系统和第二磁场系统可以由两套内外镶嵌的筒形磁体即第一筒形磁体和第二筒形磁体所构成。第一筒形磁体与第二筒形磁体构造相同。

其中每个筒形磁体包括两个筒形金属体，形成为两套同轴的内、外嵌套的两个筒形(圆柱形)磁体构成的磁场系统，内筒形磁体嵌套在外筒形磁体中，内筒形磁体中心形成圆柱形工作空间204。每套磁场系统的外圆柱形磁体固定，内圆柱形磁体相对外圆柱形磁体能够旋转；或内圆柱形磁体固定，外圆柱形磁体相对内圆柱形磁体能够旋转。该系统分为内外两层磁体阵列202，分别通过内层轭铁201和203固定，两个阵列嵌套在一起，可以进行自由转动。当内外层磁体阵列的相对位置处于和内外层磁体阵列产生的磁场方向一致时，将叠加出整个磁场系统的最大磁感应强度。反之，当内外层相对位置处于其所产生的磁场方向相反时，将实现理论上的0T磁感应强度。

在本实施例中，当驱动内筒形磁体旋转时，在工作空间内的磁场产生强弱变化。具体地，当内筒形磁体相对于外筒形磁体旋转一周时，内筒形磁体所包括的工作空间内的磁场的磁感应强度连续变化，产生一个最大值和一个最小值。当连续旋转时，磁场会产生多个最大值和最小值，如图3所示。在图3中，磁体中心形成圆柱形磁场工作空间，工作空间磁场的磁感应强度方向为径向，垂直于筒轴向。内、外中空筒形磁场能够相对旋转运动。当驱动内筒形磁体(或外筒形磁体)旋转时，工作空间的磁场产生强弱变化。内外筒形磁体磁感应方向相同(0度角)时，产生最大的磁感应强度；内外筒形磁体磁感应方向相反(180度角)时，产生最小的磁感应强度(磁感应强度接近零特斯拉)。

第一筒形磁体在其内磁环内形成第一工作空间，第二筒形磁体在其内磁环内形成第二工作空间。在工作时，相对于工作空间中的磁场而言，第一筒形磁体和第二筒形磁体设置成相差180度的位相差，也就是说，当第一筒形磁体在第一工作空间内的磁感应强度达到最大时，第二筒形磁体在第二工作空间内磁感应强度达到最小，如图4所示。图4中，本发明中两套磁场联动驱动，相位相差180度，即当一套磁场为0度相位差时，产生最大磁场；此时，另一套磁场相位相差180度，产生最小磁场。这样磁体转动时会产生一强一弱的周期变化。

在本实施例中，第一磁制冷床和第二磁制冷床的长度与筒形磁体的长度基本相同，或者不短于筒形磁体的长度。所述第一和第二磁制冷床插入内筒形磁体的工作空间中，固定不动。当内筒形磁体转动时，产生的磁场变化使制冷工质产生磁热效应。根据磁热效应原理，随着磁场从最大值到最小值的变化，相应的制冷工质会产生磁化和退磁效应，从而产生升温和降温过程。

在本实施例中，磁场系统尺寸可以为：内筒形磁体的内径为Φ35mm，外径为Φ77mm，外筒形磁体的内径为Φ79mm，外径为Φ175mm。磁体的长度为250mm。

在本实施例中，外筒形磁体固定，而内筒形磁体可转动。本领域技术人员可以理解，筒形磁体也可以设计成外筒形磁体旋转，内筒形磁体固定。在这种情况下，工作空间不限于圆柱形，也可以是方形或者其他形状；制冷床也不限于圆柱形，也可以是方形或者其他形状。

通过使用本实施例，可以实现实施例一中的双磁场，提高设备的工作效率，减少功耗。

图5是本发明提供的一种磁制冷机的第一实施例示意图

本实施例公开了一种磁制冷机，包括磁场系统、在磁场系统内部的磁制冷床、在磁制冷床中填充的磁制冷工质、冷端热交换器、热端热交换器和热交换泵。磁场系统是由两套内外镶嵌的筒形磁体即第一筒形磁体和第二筒形磁体所构成。第一筒形磁体与第二筒形磁体构造相同。在本实施例中，每套筒形磁体的外筒形磁体固定，内筒形磁体可以旋转，内筒形磁体中心形成圆柱形工作空间。当驱动内筒形磁体旋转时，在工作空间内的磁场产生强弱变化。具体地，当内筒形磁体相对于外筒形磁体旋转一周时，内筒形磁体所包括的工作空间内的磁场的磁感应强度连续变化，产生一最大值和一最小值。当连续旋转时，磁场会产生多个最大值和最小值，如图3所示。

第一筒形磁体在其内磁环内形成第一工作空间，第二筒形磁体在其内磁环内形成第二工作空间。在工作时，相对于工作空间中的磁场而言，第一筒形磁体和第二筒形磁体设置成相差180度的位相差，也就是说，当第一筒形磁体在第一工作空间内的磁感应强度达到最大时，第二筒形磁体在第二工作空间内磁感应强度达到最小，如图4所示。

在本实施例中，每个筒形磁体还包括一个填充有颗粒状制冷工质的制冷床。磁制冷床的长度与筒形磁体的长度基本相同，或者不短于筒形磁体的长度。磁制冷床由低导热材料制成，为中空圆柱形，中空部分放置球形颗粒状、不规则形状、片装或者丝状室温磁制冷材料，作为磁制冷工质。制冷床两端有防漏网和带接口的密封端头，接口用于连接管路。磁制冷床插入内筒形磁体的工作空间中，固定不动。当内筒形磁体转动时，产生的磁场变化使制冷工质产生磁热效应。根据磁热效应原理，随着磁场从最大值到最小值的变化，相应的制冷工质会产生磁化和退磁效应，从而产生升温和降温过程。

在工作时，第一筒形磁体和第二筒形磁体联动运转，而且相位差180度，也就是当第一筒形磁体对第一制冷床中的制冷工质磁化从而放热时，第二筒形磁体对第二制冷床中的制冷工质退磁从而吸热。

在工作时，第一磁制冷床502的第一端和第二制冷床504的第一端分别耦合到热端热交换器506上；而第一磁制冷床502的第二端和第二制冷床504的第二端分别耦合到冷端热交换器507上。

冷端热交换器507由紫铜管和紫铜皮构成，其中紫铜管制成方形线圈，紫铜皮焊接于其内侧，形成一定容积的工作空间，作为制冷室。在紫铜管外侧包覆绝热材料至1-30厘米厚，起保温作用。紫铜管延出部分作为配置接口，用于通过管路连接第一磁制冷床502和第二磁制冷床504的第二端上。

在本实施例中，采用了一体的热端热交换器506，用于第一磁制冷床502和第二磁制冷床504的散热。热端热交换器506另一侧耦合到热交换液驱动泵505上。

热交换液驱动泵505用于根据控制器的指令，与磁场系统的磁场变化同步，驱动热交换液在系统中换向循环。

在工作中，可采用水作为热交换液，且充满其液位之下的管路、制冷床、冷端和热端热交换器。

具体地，当磁制冷机的第一磁场系统501的内筒形磁体从0度旋转到180度时，磁工质处于退磁状态，磁工质吸热；此时，第二磁场系统503的内筒形磁体从180度旋转到0度，磁工质处于磁化状态，磁工质放热。与此同时，热交换驱动泵505从右往左驱动，即逆时针驱动，将热交换液从热端热交换器506的接口进入到第一磁制冷床502，在通过第一磁制冷床502时，磁工质吸热，热交换液被冷却，再将热交换液从第一制冷床502驱动到冷端热交换器507，由此进行冷却。热交换液通过冷端热交换器507继续流动，通过第二磁制冷床504，此时，第二磁制冷床504中的磁工质处于放热状态，继续驱动热交换液，使第二磁制冷床504的热交换液将热量通过热端热交换器506的接口流入到热端热交换器506并散热。

第一磁场系统501的内筒形磁体继续旋转，从180度旋转到0度时，第二磁场系统的内筒形磁体从0度旋转到180度，这时热交换驱动泵505从左往右驱动，即顺时针驱动，将热交换液从热端热交换器506的接口通过第二磁制冷床504驱动到冷端热交换器507，在通过第二磁制冷床504时，磁工质吸热，热交换液被冷却。冷却液通过冷端热交换器507继续流动，通过第一磁制冷床502，此时，第一磁制冷床502中的磁工质处于放热状态，流出第一磁制冷床502的热交换液将热量通过接口进入热端热交换器506并散热。经过多次循环，冷端热交换器507逐渐降温。

为了提高冷热端温差，上述方案采用的是主动再生蓄冷(AMR)技术，这种技术要求制冷工质磁化和退磁时热交换液在磁制冷床中的流向切换变向，这样才能在磁制冷床中产生较大的温度梯度，因此要求换热流体随磁体旋转位置切换流体流动方向，这样使热的流体经热端热交换器406散热，使冷的流体经冷端热交换器507吸收热量，实现磁制冷。

本发明的实施例还可以包括设置在热端和冷端的温度传感器、PLC、触摸屏，用于控制根据冷热端的温度来控制制冷循环和制冷时间。

在上面的设置中，外筒形磁体固定，而内筒形磁体可转动。本领域技术人员可以理解，筒形磁体也可以设计成外筒形磁体旋转，内筒形磁体固定。在这种情况下，工作空间不限于圆柱形，也可以是方形或者其他形状；制冷床也不限于圆柱形，也可以是方形或者其他形状。

另外，本实施例中，所述永磁磁场系统的磁感应强度的最大值为2.5T，最小值为0T。

在本实施例中，第一磁场系统501和第二磁场系统503采取了并列放置方式。这种放置方式有利于减小体积。

在上述实施例中，采用双磁场系统，相对于单个磁场系统而言，双制冷系统了可以以“双工”方式工作，提高制冷效率；另外采用双磁场系统可以克服单磁场系统存在的旋转扭矩过大的问题，因为单个磁场组自身旋转时，内、外筒磁体从最小磁感应强度达到最大磁感应强度时，旋转扭力很大。但使用双系统时，当第一永磁磁场系统达到最大磁感应强度时，第二永磁磁场系统达到最小磁感应强度，第一和第二磁场系统同时旋转时，扭力可以相互抵消，达到最小。

图6是本发明提供的一种磁制冷机第二实施例的示意图。

本实施例在磁制冷机实施例一的基础上公开了另外一种磁制冷机，包括磁场系统、在磁场系统内部的磁制冷床、在磁制冷床中填充的磁制冷工质、冷端热交换器、热端热交换器和热交换泵。磁场系统是由两套内外镶嵌的筒形磁体即第一筒形磁体和第二筒形磁体所构成。第一筒形磁体与第二筒形磁体构造相同。在本实施例中，每套筒形磁体的外筒形磁体固定，内筒形磁体可以旋转，内筒形磁体中心形成圆柱形工作空间。当驱动内筒形磁体旋转时，在工作空间内的磁场产生强弱变化。具体地，当内筒形磁体相对于外筒形磁体旋转一周时，内筒形磁体所包括的工作空间内的磁场的磁感应强度连续变化，产生一最大值和一最小值。当连续旋转时，磁场会产生多个最大值和最小值，如图3所示。

第一筒形磁体在其内磁环内形成第一工作空间，第二筒形磁体在其内磁环内形成第二工作空间。在工作时，相对于工作空间中的磁场而言，第一筒形磁体和第二筒形磁体设置成相差180度的位相差，也就是说，当第一筒形磁体在第一工作空间内的磁感应强度达到最大时，第二筒形磁体在第二工作空间内磁感应强度达到最小，如图4所示。

在本实施例中，每个筒形磁体还包括一个填充有颗粒状制冷工质的制冷床。磁制冷床的长度与筒形磁体的长度基本相同，或者不短于筒形磁体的长度。磁制冷床由低导热材料制成，为中空圆柱形，中空部分放置球形颗粒状、不规则形状、片装或者丝状室温磁制冷材料，作为磁制冷工质。制冷床两端有防漏网和带接口的密封端头，接口用于连接管路。磁制冷床插入内筒形磁体的工作空间中，固定不动。当内筒形磁体转动时，产生的磁场变化使制冷工质产生磁热效应。根据磁热效应原理，随着磁场从最大值到最小值的变化，相应的制冷工质会产生磁化和退磁效应，从而产生升温和降温过程。

在工作时，第一筒形磁体和第二筒形磁体联动运转，而且相位差180度，也就是当第一筒形磁体对第一制冷床中的制冷工质磁化、从而放热时，第二筒形磁体对第二制冷床中的制冷工质退磁、从而吸热。

在工作时，第一磁制冷床602的第一端和第二制冷床604的第一端分别耦合到热端热交换器606上；而第一磁制冷床602的第二端和第二制冷床604的第二端分别耦合到冷端热交换器607上。

冷端热交换器607由紫铜管和紫铜皮构成，其中紫铜管制成方形线圈，紫铜皮焊接于其内侧，形成一定容积的工作空间，作为制冷室。在紫铜管外侧包覆绝热材料至1-30厘米厚，起保温作用。紫铜管延出部分作为配置接口608，用于通过管路连接第一磁制冷床602和第二磁制冷床604的第二端上。

在本实施例中，采用了一体的热端热交换器606，用于第一磁制冷床602和第二磁制冷床604的散热。热端热交换器606另一侧耦合到热交换液驱动泵605上。

热交换液驱动泵605用于根据控制器的指令，与磁场系统的磁场变化同步，驱动热交换液在系统中换向循环。

热端热交换器606还可以通过气水分离器(图5中未示出)耦合到热交换液驱动泵605上。气水分离器用于隔离气路和水路，减小通过交换液驱动系统发生的漏热。

在工作中，可采用水作为热交换液。热交换液上限位于气水分离器的一半容量位置，且充满其液位之下的管路、制冷床、冷端和热端热交换器。

具体地，当磁制冷机的第一磁场系统601的内筒形磁体从0度旋转到180度时，磁工质处于退磁状态，磁工质吸热；此时，第二磁场系统603的内筒形磁体从180度旋转到0度，磁工质处于磁化状态，磁工质放热。与此同时，热交换驱动泵605从右往左驱动，即逆时针驱动，将热交换液从热端热交换器606的接口进入到第一磁制冷床602，在通过第一磁制冷床602时，磁工质吸热，热交换液被冷却，再将热交换液从第一制冷床602驱动到冷端热交换器607，由此进行冷却。热交换液通过冷端热交换器607继续流动，通过第二磁制冷床604，此时，第二磁制冷床604中的磁工质处于放热状态，继续驱动热交换液，使第二磁制冷床604的热交换液将热量通过热端热交换器606的接口流入到热端热交换器606并散热。

第一磁场系统601的内筒形磁体继续旋转，从180度旋转到0度时，第二磁场系统的内筒形磁体从0度旋转到180度，这时热交换驱动泵605从左往右驱动，即顺时针驱动，将热交换液从热端热交换器606的接口通过第二磁制冷床604驱动到冷端热交换器607，在通过第二磁制冷床604时，磁工质吸热，热交换液被冷却。热交换液通过冷端热交换器607继续流动，通过第一磁制冷床602，此时，第一磁制冷床602中的磁工质处于放热状态，流出第一磁制冷床602的热交换液将热量通过接口进入热端热交换器606并散热。经过多次循环，冷端热交换器607逐渐降温。

为了提高冷热端温差，上述方案采用的是主动再生蓄冷(AMR)技术，这种技术要求制冷工质磁化和退磁时热交换液在磁制冷床中的流向切换变向，这样才能在磁制冷床中产生较大的温度梯度，因此要求换热流体随磁体旋转位置切换流体流动方向，这样使热的流体经热端热交换器406散热，使冷的流体经冷端热交换器607吸收热量，实现磁制冷。

本发明的实施例还可以包括设置在热端和冷端的温度传感器、PLC、触摸屏，用于控制根据冷热端的温度来控制制冷循环和制冷时间。

在上面的设置中，外筒形磁体固定，而内筒形磁体可转动。本领域技术人员可以理解，筒形磁体也可以设计成外筒形磁体旋转，内筒形磁体固定。在这种情况下，工作空间不限于圆柱形，也可以是方形或者其他形状；制冷床也不限于圆柱形，也可以是方形或者其他形状。

另外，本磁制冷机还可包括伺服电机611，向筒形磁体提供旋转动力。

另外，本磁制冷机还可包括磁体相位控制减速机构609。该磁体相位控制减速机构609用于通过所包括的齿轮系统使第一磁场系统601和第二磁场系统603的相位保持在180度，并可用于将伺服电机611的动力通过减速传递到磁场系统上，以便使两个磁体以规定的速度及相位差联动旋转。

可选地，在伺服电机611和磁体相位控制减速机构609之间还可以加入一减速器610，伺服电机611和减速器610通过机构上的输入轴将转矩传递给磁体相位控制减速机构609，从而可以实现磁场系统中的两个磁场系统在最大和最小磁场状态间交替变化。

上述磁制冷机所包括的磁体相位控制减速机构609，可具有一个有支架和5个齿轮构成的齿轮组，其通过两个与磁场系统连接的齿轮的相对角度，实现上述磁场系统的相位差。通过其他齿轮实现1比2的减速，从而减小动力输入轴上的力矩。

伺服电机611可通过减速器610将转矩传递给磁体相位控制减速机构609，实现转速的进一步调节。

另外，磁体内筒或外筒的旋转速度可控制，从0可以调到100转/分钟，第一和第二实施例中的内筒或外筒的旋转速度为15转/分钟。磁体旋转过程中，热交换泵同时推动热交换液与磁制冷床中的磁工质进行热交换。如果热交换的速度过快，热交换就不彻底，热交换的速度过慢，效率就低。因此，最佳的磁体旋转速度在10-60转/分钟。

另外，在本实施例中，气水分离器可有上部进气口和下部排水口，其中上部进气口与热交换液驱动泵605连接，下部排水口与热端热交换器3连接。

另外，热交换液驱动泵605还可以包括两个排气口，同一时间仅有一个排气口做功。由一个伺服电机带动的螺旋丝杠机构驱动，实现热交换液驱动泵605上两个排气口交替排气做功。

本实施例的控制器系统，包括由PLC、分别设置在冷端和热端的温度传感器和触摸屏，实现数据采集，动力控制等功能。

另外，本实施例中，第一和第二筒形磁体的内外筒形磁体的相对转动是由电机通过传动装置联动驱动的，尽管图中没有示出。

另外，本实施例中，所述永磁磁场系统的磁感应强度的最大值为2.5T，最小值为0T。

在本实施例中，第一磁场系统601和第二磁场系统603采取了并列放置的方式。这种放置方式有利于减小体积。

在上述两个实施例中，均采用双磁场系统，相对于单个磁场系统而言，双制冷系统了可以以“双工”方式工作，提高制冷效率；另外采用双磁场系统可以克服单磁场系统存在的旋转扭矩过大的问题，因为单个磁场组自身旋转时，内、外筒磁体从最小磁感应强度达到最大磁感应强度时，旋转扭力很大。但使用双系统时，当第一永磁磁场系统达到最大磁感应强度时，第二永磁磁场系统达到最小磁感应强度，第一和第二磁场系统同时旋转时，扭力可以相互抵消，达到最小。

图7是本发明提供的一种磁制冷机的第三实施例示意图。

在本实施例中，第一磁场系统和第二磁场系统采用轴向放置，其中磁制冷床还可以设置一个制冷床连接接口703，实现第一磁制冷床701和第二磁制冷床702的同轴连接。同时，所述制冷床连接接口703用于第一和第二磁制冷床与冷端热交换器704的耦合。在工作时，所述热交换液从第一和第二磁场系统经过制冷床连接接口703流入/流出到冷端热交换器中704。

在本实施例中，热端热交换器707还可以通过气水分离器706耦合到热交换液驱动泵705上。气水分离器用于隔离气路和水路，减小通过交换液驱动系统发生的漏热。

在工作中，可采用水作为热交换液。热交换液上限位于气水分离器706的一半容量位置，且充满其液位之下的管路、制冷床、冷端和热端热交换器。

在本发明的另一个实施例中，还可以将磁场系统的数量增加到4个，并更改相应的连接机构，其体积约为0.8立方米。本实施例可以提高室温磁制冷材料装载量，从而提高制冷能力。

在本发明的另一个实施例中，在磁制冷床中装载900g金属钆，在室温20℃时，在工作空间中放入盛有100ml水的容器，运行实施例4中的磁制冷机。运行60分钟后，工作空间温度稳定，达到8℃，取出容器检测，水温与工作空间温度一致。

另外，在本发明的另一个实施例中，磁制冷工质采用稀土金属钆(磁相变点294K)和/或La(FeCoSi)₁₃B_0.25(磁相变点286K)两种材料，同时使用时，两者分段放置，中间以不锈钢网分隔。

另外，在本发明中的另一个实施例中，永磁材料可以为稀土永磁钕铁硼(NdFeB)。

另外的优点、目的和实施例将部分地在随后的描述中阐明，并且在检查下面内容时对于本领域技术人员部分地变得显而易见，或可从本发明的实践中习知。本发明的目的和其它优点可通过在书面描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。以上和以下的详细描述都是示例性和解释性的，且旨在提供进一步的解释。

以上对本发明实施例的详细说明并非穷尽性的，本发明不应被限制为以上所公开的精确形式。本领域的技术人员可以理解，在本发明的范围内，可以进行各种等同的修改和替换，这样的修改和替换应视为被本发明所涵盖。此外，在此所提供的本发明的原理也可应用于其他领域，而不必局限于原油的脱水脱盐。上述各个实施例的元素可任意组合在一起，以便提供进一步的实施例。

此外，不应将所附权利要求中使用的术语阐释成将本发明限制到本说明中公开的特定实施例，除非以上详细说明清楚地限定了此术语。因此，本发明的实际范围应该涵盖所述实施例及根据权利要求实施的所有等同方式。

Claims (18)

1.一种磁制冷部件，包括：

第一磁场系统和磁制冷床组件，包括第一磁场系统以及设置在所述第一磁场系统内的工作空间中的第一磁制冷床，所述第一磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有磁制冷工质，并具所述第一磁场系统在所述第一磁制冷床的磁制冷工质上施加第一磁场；

第二磁场系统和磁制冷床组件，包括第二磁场系统以及设置在所述第二磁场系统内的工作空间中的第二磁制冷床，所述第二磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有磁制冷工质，所述第二磁场系统在所述第二磁制冷床的磁制冷工质上施加第二磁场；

其中，在工作时，第一磁制冷床的第一端能够耦合到热端热交换器上，第一磁制冷床的第二端能够耦合到冷端热交换器上，第二磁制冷床的第一端能够耦合到热端热交换器上，第二磁制冷床的第二端能够耦合到冷端热交换器上；

其中，在工作时所述第一磁场系统和所述第二磁场系统被如此设置，使得第一磁场是大小交替变化的并具有第一磁场最大值和第一磁场最小值；第二磁场是大小交替变化的并具有第二磁场最大值和第二磁场最小值，所述第一磁场和第二磁场具有相同的变化周期，且相位差为180度；

其中，当所述第一磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第二磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第一磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第二磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第一磁制冷床的第一端流入所述第一磁制冷床，冷却后经所述第一磁制冷床的第二端流出到所述冷端热交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第二磁制冷床的第二端流入所述第二磁制冷床，通过所述第二磁制冷床的第一端将热量带到所述热端热交换器；

其中，当所述第二磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第一磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第二磁制冷床的磁制冷工 质吸热，所述第一磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第二磁制冷床的第一端流入所述第二磁制冷床，冷却后经所述第二磁制冷床的第二端流出到所述冷端交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第一磁制冷床的第二端流入所述第一磁制冷床，通过所述第一磁制冷床的第一端将热量带到所述热端热交换器。

2.根据权利要求1所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：所述第一磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和外筒形磁体可以相对旋转，从而在所述内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

3.根据权利要求1所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：所述第二磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和外筒形磁体能够相对旋转，从而在内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

4.根据权利要求2或3所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：所述内筒形磁体和外筒形磁体相对旋转一周产生一个磁场最大值和一个磁场最小值。

5.根据权利要求2或3所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：磁体相位控制减速机构，用于将动力耦合到所述第一磁场系统和第二磁场系统上，使得内筒磁体和外筒磁体发生相对旋转，并使得第一磁场系统产生的第一磁场与第二磁场系统产生的第二磁场位相差180度。

6.根据权利要求5所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：伺服电机，耦合到所述磁体相位控制减速机构上，用于提供所述动力。

7.根据权利要求2或3所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：所述第一磁场系统和第二磁场系统采用并列放置或同轴放置。

8.根据权利要求2或3所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：所述磁体采用稀土永磁钕铁硼。

9.根据权利要求1所述的磁制冷部件，其特征在于，还包括：所述磁制冷工质包括稀土金属钆和/或La(FeCoSi)13B0.25，当同时使用两者时，二者分段放置，中间以不锈钢网分隔。

10.一种磁制冷机，包括：

第一磁场系统和磁制冷床组件，包括第一磁场系统以及设置在所述第一磁场系统内的工作空间中的第一磁制冷床，所述第一磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有磁制冷工质，并具所述第一磁场系统在所述第一磁制冷床的磁制冷工质上施加第一磁场；

第二磁场系统和磁制冷床组件，包括第二磁场系统以及设置在所述第二磁场系统内的工作空间中的第二磁制冷床，所述第二磁制冷床具有第一端和第二端，在所述第一端和第二端之间填充有磁制冷工质，所述第二磁场系统在所述第二磁制冷床的磁制冷工质上施加第二磁场；

冷端换热交换器，分别耦合到所述第一制冷床的第二端以及第二制冷床的第二端；

热端热交换器，分别耦合到所述第一制冷床的第一端以及所述第二制冷床的第一端；

以及热交换液驱动泵，用于热交换液换向驱动；

其中，在工作时所述第一磁场系统和所述第二磁场系统被如此设置，使得所述第一磁场大小交替变化并具有第一磁场最大值和第一磁场最小值；所述第二磁场是大小交替变化的并具有第二磁场最大值和第二磁场最小值，所述第一磁场和所述第二磁场具有相同的变化周期，且相位差为180度；

其中，当所述第一磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第二磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第一磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第二磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第一磁制冷床的第一端流入所述第一磁制冷床，冷却后经所述第一磁制冷床的第二端流出到所述冷端热交换器，再从所述冷端热 交换器通过所述第二磁制冷床的第二端流入所述第二磁制冷床，通过所述第二磁制冷床的第一端将热量带到所述热端热交换器；

其中，当所述第二磁场系统的磁场由最大值变到最小值时，所述第一磁场系统的磁场由最小值变到最大值，在该时段所述第二磁制冷床的磁制冷工质吸热，所述第一磁制冷床的磁制冷工质放热，来自所述热端热交换器的热交换液能够由通过所述第二磁制冷床的第一端流入所述第二磁制冷床，冷却后经所述第二磁制冷床的第二端流出到所述冷端交换器，再从所述冷端热交换器通过所述第一磁制冷床的第二端流入所述第一磁制冷床，通过所述第一磁制冷床的第一端将热量带到热端热交换器。

11.根据权利要求10所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：所述第一磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和所述外筒形磁体可以相对旋转，从而在内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

12.根据权利要求10所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：所述第二磁场系统包括外筒形磁体、嵌套在所述外筒形磁体内的内筒形磁体，所述内筒形磁体和所述外筒形磁体可以相对旋转，从而在内筒形磁体内侧所包括的工作空间上磁场大小交替变化。

13.根据权利要求11或12的磁制冷机，其特征在于，还包括：磁体相位控制减速机构，用于将动力耦合到所述第一磁场系统和第二磁场系统上，使得所述内筒磁体和所述外筒磁体发生相对旋转，并使得所述第一磁场系统产生的第一磁场与所述第二磁场系统产生的第二磁场位相差180度。

14.根据权利要求11或12所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：所述内筒形磁体和所述外筒形磁体相对旋转一周产生一个磁场最大值和一个磁场最小值。

15.根据权利要求13所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：耦合到所述磁体相位控制减速机构上的伺服电机。

16.根据权利要求11或12所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：所述第一磁场系统和第二磁场系统采用并列放置或同轴放置。

17.根据权利要求11或12所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：所述磁体采用稀土永磁钕铁硼。

18.根据权利要求10所述的磁制冷机，其特征在于，还包括：所述磁制冷工质包括稀土金属钆和/或La(FeCoSi)13B0.25，当同时使用两者时，二者分段放置，中间以不锈钢网分隔。