CN105402931A - 一种无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，包括机架、转盘、磁工质、永磁体、传动轮、驱动模块和循环冷却模块；所述转盘可转动地固定在所述机架上，所述磁工质呈片状环形阵列分布在所述转盘的正反两面上，永磁体对称分布在所述转盘的上部，所述传动轮可转动地固定在所述机架上，所述传动轮的侧面与所述转盘的侧面相切并通过摩擦力传动；所述循环冷却模块包括一个冷却水槽、位于冷却水槽两端的多节冷却水管、连接在冷却水管上的压电叠堆泵。本发明能够使整个制冷机设备本身消除热源，防止热源对环境的侵扰，提高制冷效率，降低功耗。

Description

一种无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机
【技术领域】
本发明涉及制冷器的技术领域，特别是磁制冷器的技术领域。
【背景技术】
应用成熟的传统制冷技术主要是依靠气体的压缩和膨胀使工质发生相的改变，一方面产生导致大气臭氧层破坏的物质，另一方面，这种气体压缩和膨胀的过程需要气体压缩机等设备组合成结构及其复杂的设备才能得以实现，随着科技的发展和环境保护刻不容缓的要求，制冷技术一直在朝着无环境破坏的方向发展，磁制冷技术就是在上述需求的推动下强势发展起来的新型制冷技术。
磁制冷技术是一种把磁性材料的磁热效应应用于制冷领域的技术，磁热效应(MCE)是磁性材料的一种固有特性，它是将外磁场的变化引起的材料自身磁熵改变，同时伴随着材料吸热放热过程。磁制冷是采用磁性物质作为制冷工质，由于磁性工质的磁熵比气体大，因此制冷装置可以做的更加紧凑。在热效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的30％-60％，而依靠气体的压缩-膨胀的制冷循环一般只能达到5％-10％，因此，磁制冷技术具有良好的应用前景。
目前磁制冷器主要分为低温磁制冷器和高温磁制冷器，其中低温磁制冷器因磁工质具有较大的磁熵变，所以热传递效率高，在航空航天、精密电子等领域的科学研究中能够较好的得到利用；而高温区，特别是接近室温的环境中，磁性工质的磁有序态难以形成，在受外磁场作用前后造成的磁熵变较小，所以在高温区制冷，无法采用低温区制冷的制冷材料。
目前高温区磁制冷机中有采用永磁体提供磁场的室温磁制冷机，2001年美国宇航公司联合爱荷华州立大学成功开发了首台采用永磁体提供磁场的回转式磁制冷机，这种磁制冷机需要电机对转轮和泵提供动能，较之传统的空气压缩机式的制冷设备来说，节省了电能，但是实际上仍然消耗电能，因此不可避免的会造成发热，所以并没有从根本上消除外部热源的侵扰，在对温度极为敏感的微电子制造领域中的应用造成限制。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有室温磁制冷机无法消除外部热源侵扰的问题，提出一种无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，能够使整个制冷机设备本身消除热源，防止热源对环境的侵扰，提高制冷效率，降低功耗。
为实现上述目的，本发明提出了一种无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，包括机架、转盘、磁工质、永磁体、传动轮、驱动模块和循环冷却模块；所述转盘可转动地固定在所述机架上，所述磁工质呈片状环形阵列分布在所述转盘的正反两面上，所述永磁体呈U型，具有两块，永磁体对称分布在所述转盘的上部，所述传动轮可转动地固定在所述机架上，所述传动轮的侧面与所述转盘的侧面相切并通过摩擦力传动；所述驱动模块包括第一压电驱动块、固定在所述第一压电驱动块上的第一压电双晶片、固定在第一压电双晶片端部的第二压电驱动块、固定在第二压电驱动块上的第二压电双晶片，非通电状态下，所述第二压电双晶片的端面与所述传动轮的侧面相切，可传递摩擦力，所述第一压电驱动块固定在所述机架上；所述循环冷却模块包括一个冷却水槽、位于冷却水槽两端的多节冷却水管、连接在冷却水管上的压电叠堆泵。
作为优选，所述永磁体为强磁性的钕铁硼磁铁，两块永磁体的极性分布一致。
作为优选，所述转盘的材质为导热性差的尼龙材料。
作为优选，所述磁工质的材料为具有巨磁效应的GdSiGe系合金。
本发明的有益效果：本发明通过将磁工质设置成分离的片状并分布在转盘上，通过旋转运动进行热交换，减小制冷器的整体空间；通过设置驱动轮使驱动模块与转盘分离，一方面减小转盘的损坏速度，另一方面防止驱动模块内产热造成热源侵扰；通过组合的双晶片作为驱动模块的动力输出装置，由于压电陶瓷具有电容性，所以产热极低；通过设置压电叠堆泵驱动的循环冷却模块进行水冷，也能较之传统泵送机构的功耗进行节约，使整个系统低产热、低功耗，扩展了制冷器的应用场合。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机的整体结构示意图。
图中：1-转盘、2-传动轮、3-第二压电驱动块、4-第一压电双晶片、5-第一压电驱动块、6-第二压电双晶片、7-机架、8-永磁体、9-磁工质、10-冷却水管、11-压电叠堆泵、12-冷却水槽。
【具体实施方式】
参阅图1，本发明无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，包括机架7、转盘1、磁工质9、永磁体8、传动轮2、驱动模块和循环冷却模块；所述转盘1可转动地固定在所述机架7上，所述磁工质9呈片状环形阵列分布在所述转盘1的正反两面上，所述永磁体8呈U型，具有两块，永磁体8对称分布在所述转盘1的上部，所述传动轮2可转动地固定在所述机架7上，所述传动轮2的侧面与所述转盘的侧面相切并通过摩擦力传动；所述驱动模块包括第一压电驱动块5、固定在所述第一压电驱动块5上的第一压电双晶片4、固定在第一压电双晶片4端部的第二压电驱动块3、固定在第二压电驱动块3上的第二压电双晶片6，非通电状态下，所述第二压电双晶片6的端面与所述传动轮2的侧面相切，可传递摩擦力，所述第一压电驱动块5固定在所述机架7上；所述循环冷却模块包括一个冷却水槽12、位于冷却水槽12两端的多节冷却水管10、连接在冷却水管10上的压电叠堆泵11。
所述永磁体8为强磁性的钕铁硼磁铁，两块永磁体8的极性分布一致。
所述转盘1的材质为导热性差的尼龙材料。
所述磁工质9的材料为具有巨磁效应的GdSiGe系合金。
本发明工作过程：
本发明无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，驱动模块中的第二压电双晶片6通电后朝向一侧弯曲可驱动传动轮2转动一个步进角度，然后第一压电双晶片4受电弯曲将第二压电双晶片6脱离传动轮2，再然后，第二压电双晶片6断电恢复原状，之后第一压电双晶片4断电恢复原状，依靠此循环，传动轮2通过摩擦力带动转盘1转动；转盘1上的呈圆周阵列分布的磁工质9进入永磁体8受到两次充磁后，由于磁工质9的材料具有巨磁效应，充磁后温度降低，当转出永磁体8后退磁，磁工质9的温度将会变得更低，冷却水槽12中的冷却水的温度受磁工质9影响而降低，通过压电叠堆泵11的泵送，形成冷却循环。
本发明，通过将磁工质设置成分离的片状并分布在转盘上，通过旋转运动进行热交换，减小制冷器的整体空间；通过设置驱动轮使驱动模块与转盘分离，一方面减小转盘的损坏速度，另一方面防止驱动模块内产热造成热源侵扰；通过组合的双晶片作为驱动模块的动力输出装置，由于压电陶瓷具有电容性，所以产热极低；通过设置压电叠堆泵驱动的循环冷却模块进行水冷，也能较之传统泵送机构的功耗进行节约，使整个系统低产热、低功耗，扩展了制冷器的应用场合。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，其特征在于：包括机架(7)、转盘(1)、磁工质(9)、永磁体(8)、传动轮(2)、驱动模块和循环冷却模块；所述转盘(1)可转动地固定在所述机架(7)上，所述磁工质(9)呈片状环形阵列分布在所述转盘(1)的正反两面上，所述永磁体(8)呈U型，具有两块，永磁体(8)对称分布在所述转盘(1)的上部，所述传动轮(2)可转动地固定在所述机架(7)上，所述传动轮(2)的侧面与所述转盘的侧面相切并通过摩擦力传动；所述驱动模块包括第一压电驱动块(5)、固定在所述第一压电驱动块(5)上的第一压电双晶片(4)、固定在第一压电双晶片(4)端部的第二压电驱动块(3)、固定在第二压电驱动块(3)上的第二压电双晶片(6)，非通电状态下，所述第二压电双晶片(6)的端面与所述传动轮(2)的侧面相切，可传递摩擦力，所述第一压电驱动块(5)固定在所述机架(7)上；所述循环冷却模块包括一个冷却水槽(12)、位于冷却水槽(12)两端的多节冷却水管(10)、连接在冷却水管(10)上的压电叠堆泵(11)。
2.如权利要求1所述的无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，其特征在于：所述永磁体(8)为强磁性的钕铁硼磁铁，两块永磁体(8)的极性分布一致。
3.如权利要求1所述的无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，其特征在于：所述转盘(1)的材质为导热性差的尼龙材料。
4.如权利要求1所述的无外部热源侵扰的低功耗磁制冷机，其特征在于：所述磁工质(9)的材料为具有巨磁效应的GdSiGe系合金。
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