CN104409190B - 一种用于室温磁制冷机的高效磁场结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于室温磁制冷机的高效磁场结构，包括提供励磁源的U型永磁体，所述U型永磁体的两个磁极内侧对称地平行设置有L形内导磁套，两个磁极外侧对称地平行设置有L形外导磁套，位于同一磁极上的内导磁套和外导磁套于磁极顶端处紧密连接，两个所述内导磁套的相对面上设置有用金属粘合剂连接的凸台导磁片，所述U型永磁体内表面镶贴有呈U型波浪结构的铝合金散热器，所述铝合金散热器的长度方向的两端分别与两个内导磁套的内端面连接。本发明永磁体系统有效减少漏磁现象对制冷机工作的干扰，工作空气间隙磁场强度强和均匀性好，有效提高了系统的热交换效率，结构简单，紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及磁制冷机领域。尤其涉及一种室温磁制冷机的高效磁场结构。
背景技术
我国空气环境质量问题日趋严峻，利用氟利昂类制冷剂来制冷的传统制冷工业面临重大挑战，对传统制冷机的“绿色化”节能减排成为当今制冷业的主要课题。利用磁制冷工质的磁热效应（Magnetocaloric Effect，MCE）,即磁制冷工质在绝热退磁时从外界吸收热量，绝热励磁时向外界放出热量的现象可研发出往复式的室温磁制冷机。其原理是磁工质电子磁矩在磁场中的有序排列，造成磁熵降低，导致磁工质发热；磁工质退出磁场后磁矩排列无序，磁熵增大，磁工质从外界吸收热量。这两个过程利用卡诺循环（Carnot cycle）、埃里克森循环（Ericsson cycle）、斯特林循环（Stirling cycle）以及布莱顿循环（braytoncycle）连接在一起就可以实现25℃~18℃的制冷效果。
室温磁制冷机主要由励磁源、磁工质、导热流体管和热交换器等部分组成。目前磁制冷机工业的磁场源主要采用超导磁体和永磁体两种形式。然而采用超导技术来研发制冷机并不现实，因其技术难度大且超导材料价格昂贵、维护难度大等缺点，故利用此技术的磁制冷机还停留在理论研究阶段。随着材料工业的发展，新型超强永磁材料陆续问世，利用永磁体来研发室温磁制冷机难度相对减小，且其经济性好，已于实现工业化、批量化生产。
但目前国内利用永磁体技术制成的室温磁制冷机存在着各种各样的缺陷与问题，概括起来主要包括以下三点：
1.永磁体内部气隙场磁场强度不均匀，使制冷系统换热效率低。
2.温磁制冷机普遍存在漏磁现象，导致磁利用率不高。
3.工质盒在永磁体内部气隙场中散热缓慢且困难，降低制冷系统的热利用率与换热效率。
4.磁体内部气隙场间隙小，永磁体磁场系统加工难度大。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、换热性能好、散热性能高、漏磁少的高效磁场结构。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于室温磁制冷机的高效磁场结构，包括提供励磁源的U型永磁体，所述U型永磁体的两个磁极内侧对称地平行设置有L形内导磁套，两个磁极外侧对称地平行设置有L形外导磁套，位于同一磁极上的内导磁套和外导磁套于磁极顶端处紧密连接，两个所述内导磁套的相对面上设置有用金属粘合剂连接的凸台导磁片，所述U型永磁体内表面镶贴有呈U型波浪结构的铝合金散热器，所述铝合金散热器的长度方向的两端分别与两个内导磁套的内端面连接，宽度与U型永磁体内侧宽度相同，所述铝合金散热器能嵌入U型永磁体内侧底部与之形成过盈配合固定于U型永磁体中。所述铝合金散热器每个波峰的波幅尺寸大小与内导磁套位于磁极内侧处的厚度相同，避免磁工质盒在空隙中作往复运动时产生干涉现象。
进一步地，位于两个所述内导磁套上的凸台导磁片之间的间隙为18 mm -22mm。
进一步地，位于两个所述内导磁套上的凸台导磁片的表面粗糙度的轮廓算术平均偏差Ra取值为0.05。
进一步地，位于两个所述内导磁套上的凸台导磁片的平行度为0.03-0.06。
进一步地，所述凸台导磁片的长度与内导磁套相同，宽度比内导磁套小，以更利于磁场的集中。
进一步地，位于同一磁极上的内导磁套和外导磁套于磁极顶端处通过由金属粘合剂连接的导磁片紧密连接。
进一步地，所述的U型永磁体的材料采用稀土永磁材料钕铁硼（Nd2Fe14B）。
进一步地，所述内导磁套和外导磁套及凸台导磁片、导磁片均为工业纯铁，导磁性好，成本低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本新型设计优化了一般室温磁制冷机的磁场系统，简化了室温磁制冷机的磁场系统结构，减少了一般磁制冷机所具有的严重漏磁现象。此外，镶嵌在永磁体的散热片有效地加快了系统的散热，让磁制冷机的热利用率和换热效率更高。
附图说明
图1为本发明实施例的剖视结构示意图。
图2为本发明实施例的立体示意图。
图3为U型波浪散热片的结构示意图。
图4为普通磁制冷机的磁系统及磁场分布结构示意图。
图5为本发明的磁系统及磁场分布结构示意图。
图中标号与名称如下：1-U型永磁体；2-外导磁套；3-导磁片；4-内导磁套；5-凸台导磁片；6-U型波浪散热片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1至图3所示，一种用于室温磁制冷机的高效磁场结构，包括提供励磁源的U型永磁体1，所述U型永磁体1的两个磁极内侧对称地平行设置有起导磁左右的L形内导磁套4，两个磁极外侧对称地平行设置有起导磁左右的L形外导磁套2，位于同一磁极上的内导磁套4和外导磁套2于磁极顶端处紧密连接，两个所述内导磁套4的相对面上设置有用金属粘合剂连接的凸台导磁片5，所述U型永磁体1内表面镶贴有呈U型波浪结构的铝合金散热器6(见图3)，所述铝合金散热器6的长度方向的两端分别与两个内导磁套4的内端面连接，宽度与U型永磁体1内侧宽度相同，所述铝合金散热器6每个波峰的波幅尺寸大小与内导磁套4位于磁极内侧处的厚度相同。
作为进一步的实施例，位于两个所述内导磁套4上的凸台导磁片5之间的间隙为18mm -22mm。
作为进一步的实施例，位于两个所述内导磁套4上的凸台导磁片5的表面粗糙度的轮廓算术平均偏差Ra取值为0.05。
作为进一步的实施例，位于两个所述内导磁套4上的凸台导磁片5的平行度为0.03-0.06，本实施例为0.05。
作为进一步的实施例，所述凸台导磁片5的长度与内导磁套4相同，宽度比内导磁套4小。
作为进一步的实施例，位于同一磁极上的内导磁套4和外导磁套2于磁极顶端处通过由金属粘合剂连接的导磁片3紧密连接。
作为进一步的实施例，所述的U型永磁体1的材料采用稀土永磁材料钕铁硼（Nd2Fe14B）。
作为进一步的实施例，所述内导磁套4和外导磁套2及凸台导磁片5、导磁片3均为工业纯铁。
相比普通磁制冷机的磁系统(见图4)，所述内导磁套4和外导磁套2分别于U型永磁体1的N、S极端相配合；突出的两凸台导磁片5互相平行，叠成突出平台结构形成狭窄的可调节的工作空气间隙，这样的结构设计有效地将磁感线集中在U型永磁体1中的空隙中，大大减少了漏磁现象，时磁场分布更加均匀(见图5)；所述的U型波浪散热片6能与U型永磁体1空隙末端相配合，其表面为波浪形结构，以此增大散热面积，加大散热效率，其整体厚度与内导磁套4相同，避免了磁工质盒在间隙中运动的干涉现象。所述的永磁体为稀土永磁材料钕铁硼（Nd2Fe14B）永磁体；所述的导磁体套筒为工业纯铁（Fe），导磁性好。
实施例中的铝合金散热器6嵌入U型永磁体1底部内侧与之形成过盈配合固定于U型永磁体1中。U型永磁体1上下两端各开有螺纹孔，所述内导磁套4和外导磁套2也各开有螺纹孔，位于同一磁极的内导磁套4和外导磁套2通过若干导磁片3用金属粘合剂连接起来，如此便能适合不同尺寸大小的U型永磁体1。此外，通过螺钉连接将内导磁套4和外导磁套2与U型永磁体1紧密连接在一起防止导磁套与永磁体之间产生相对运动。整个永磁系统以中心水平轴线对称。
本发明的关键点在于内导磁套4和外导磁套2、U型波浪散热片6以及凸台导磁片5的设计上，为了让U型永磁体1间隙的磁场集中且减少漏磁，内外导磁套凸台表面精度高且互相平行。此外，内导磁套4和外导磁套2通过若干导磁片连接的设计以便于适用于不同尺寸大小的永磁体并确保了其配合精度。U型波浪散热片6设计成波浪形，增大了U型波浪散热片6与U型永磁体1中空气的接触面积，从而增大了换热效率。U型永磁体1系统内的间隙大小与其内部磁场强度有关，通过凸台导磁片5与内导磁套4的连接，能调整U型永磁体1系统内部间隙的大小，以适合不同尺寸规格的磁工质盒，而且还减少U型永磁体1的加工难度了。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于室温磁制冷机的高效磁场结构，包括提供励磁源的U型永磁体（1），其特征在于：所述U型永磁体（1）的两个磁极内侧对称地平行设置有L形内导磁套（4），两个磁极外侧对称地平行设置有L形外导磁套（2），位于同一磁极上的内导磁套（4）和外导磁套（2）于磁极顶端处紧密连接，两个所述内导磁套（4）的相对面上设置有用金属粘合剂连接的凸台导磁片（5），所述U型永磁体（1）内表面镶贴有呈U型波浪结构的铝合金散热器（6），所述铝合金散热器（6）的长度方向的两端分别与两个内导磁套（4）的内端面连接，宽度与U型永磁体（1）内侧宽度相同，所述铝合金散热器（6）每个波峰的波幅尺寸大小与内导磁套（4）位于磁极内侧处的厚度相同。
2.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：位于两个所述内导磁套（4）上的凸台导磁片（5）之间的间隙为18 mm -22mm。
3.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：位于两个所述内导磁套（4）上的凸台导磁片（5）的表面粗糙度的轮廓算术平均偏差Ra取值为0.05。
4.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：位于两个所述内导磁套（4）上的凸台导磁片（5）的平行度为0.03-0.06。
5.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：所述凸台导磁片（5）的长度与内导磁套（4）相同，宽度比内导磁套（4）小。
6.根据权利要求1至5任一项所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：位于同一磁极上的内导磁套（4）和外导磁套（2）于磁极顶端处通过由金属粘合剂连接的导磁片（3）紧密连接。
7.根据权利要求1所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：所述的U型永磁体（1）的材料采用稀土永磁材料钕铁硼（Nd2Fe14B）。
8.根据权利要求6所述的用于室温磁制冷机的高效磁场结构，其特征在于：所述内导磁套（4）和外导磁套（2）及凸台导磁片（5）、导磁片（3）均为工业纯铁。
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