CN109269145A - 磁工质内芯组件、蓄冷床及磁制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磁工质内芯组件、蓄冷床及磁制冷机，涉及室温磁制冷技术领域。包括多组磁工质件与多个连接件；所述磁工质件具有多个轴向延伸的流道；所述连接件的两侧具有用于与所述磁工质件连接的连接结构，多个所述磁工质件通过所述连接件在轴向上依次连接；所述连接件为隔热材质。通过设置的隔热材质的所述连接件来连接每两组相邻的所述磁工质件，在不影响流体流动前提下，减小相邻所述磁工质件之间的轴向热传导；同时所述连接件的设置有效减小了相邻所述磁工质件之间热传导的面积，进一步有效降低轴向热传导；保持磁热效应发生的温度跨度，提高蓄冷床及磁制冷机的运行性能。
Description
技术领域
本发明涉及室温磁制冷技术领域，具体而言，涉及一种磁工质内芯组件、蓄冷床及磁制冷机。
背景技术
随着能源与环境问题越来越受到人们的关注，传统的蒸汽压缩式制冷由于产生的臭氧层破坏、温室效应等环境问题，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。根据蒙特利尔协议，从2000年开始将逐步禁止含氟制冷剂的生产和使用。相比传统蒸汽压缩式制冷，磁制冷的制冷效率可达卡诺循环效率的40％-50％，而传统的气体压缩制冷一般为15％～25％；另外磁制冷无需气体压缩机，不产生对环境有害的气体；运转频率低，机械振动少。因此磁制冷成为各国研究人员研究的重点方向。
磁制冷技术是一种基于磁热效应的新型制冷技术，磁热效应是指磁热材料在磁场增强或减弱时放热或吸热的物理现象。当磁场给磁热材料加磁时，磁热材料磁熵变低(磁有序度加强)，放出热量；去掉磁场时，磁热材料磁熵变高(磁有序度下降)，吸收热量。磁制冷就是利用磁热效应的现象可以实现制冷的目的。
根据磁制冷机的发展，以其运动方式可以分为静止式、往复式和旋转式。静止式磁制冷机的磁体和磁工质床是静止的，没有运动机构使得系统比较简单，但由于静止式的磁场采用的是电磁体，若要产生高强的磁场就需要比较大的绕组线圈，使得制冷机体积较为庞大，另外绕组的散热也是需要额外的冷却装置，使得静止式磁制冷机无法走向商业化。往复式磁制冷机相对而言结构比较简单，只需要磁工质床和磁体相对直线往复运动，以此来实现加磁和去磁的效果，流路也比较简单，这种方式虽然易实现，但运行频率低、制冷效率不高。旋转式磁制冷机因其结构紧凑、运行频率高、制冷效果好而成了研究的重点。
蓄冷床(磁工质床)是室温磁制冷机的关键部件，由于磁工质的磁热效应一般发生在相对较窄的温度范围，因此需沿蓄冷床流体流动的方向将具有不同居里温度的磁工质分层设计，但是由于层与层之间接触面积大而存在较为严重的轴向热传导，轴向热传导会使得磁工质温度变化，降低了磁热效应可以发生的温度跨度，影响磁工质床的运行性能；尤其在运行频率较低、流率较低和蓄冷床轴向长度较小的条件下影响更严重。
发明内容
为解决现有技术中磁制冷机的磁工质之间轴向热传导较为严重的技术问题，本发明的主要目的在于，提供一种降低磁工质之间轴向热传导、保证磁制冷机蓄冷床的运行性能的磁工质内芯组件、蓄冷床及磁制冷机。
第一方面，本发明实施例提供了一种磁工质内芯组件，包括多组磁工质件与多个连接件；
所述磁工质件具有多个轴向延伸的流道；
所述连接件的两侧具有用于与所述磁工质件连接的连接结构，多个所述磁工质件通过所述连接件在轴向上依次连接；所述连接件为隔热材质。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，每组所述磁工质件包括平行设置的若干磁工质片；相邻两个所述磁工质片之间形成所述流道。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述连接结构为多个缺口，所述缺口用于固定所述磁工质片。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，相邻两组所述磁工质件在轴向上的夹角为20°-90°，以使其中一组所述磁工质件的所述流道能够在径向上扩散。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，相邻两组所述磁工质件在轴向上垂直设置，以使其中一组所述磁工质件的所述流道能够在径向上扩散。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述连接件在轴向上的长度为L，所述连接件在径向上的厚度为d，L及d满足关系：L≥4d。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，还包括网筛结构，所述网筛结构设置于每组所述磁工质件轴向上的两端。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述网筛结构在其轴向上包括第一侧和第二侧，所述网筛结构的第一侧用于与所述磁工质件固定连接，所述网筛结构的第二侧设置有多孔板或者格栅结构。
第二方面，本发明实施例提供了一种蓄冷床，包括上述任一项所述的磁工质内芯组件。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，还包括盖体和壳体，所述壳体内具有一容纳腔，所述磁工质内芯组件设置于所述容纳腔内，所述盖体与所述壳体螺旋连接。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述容纳腔通过隔热板设置成多个分区，每个所述分区内卡接设置有一组所述磁工质内芯组件。
进一步地，在本发明一个较佳的实施例中，所述壳体的外壁上对应每个分区的位置设置有进出管连接口，所述进出管连接口用于连接外部连接管。
第三方面，本发明实施例提供了一种磁制冷机，包括上述任一项所述的蓄冷床。
本发明提供的一种磁工质内芯组件、蓄冷床及磁制冷机，通过设置的隔热材质的所述连接件来连接每两组相邻的所述磁工质件，在不影响流体流动前提下，减小相邻所述磁工质件之间的轴向热传导；同时所述连接件的设置有效减小了相邻所述磁工质件之间热传导的面积，进一步有效降低轴向热传导；保持磁热效应发生的温度跨度，提高蓄冷床及磁制冷机的运行性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明一实施例提供的磁工质内芯组件的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的磁工质内芯组件的结构示意图；
图3是本发明又一实施例提供的磁工质内芯组件的结构示意图；
图4是图3中磁工质内芯组件的分解示意图；
图5是图3中磁工质内芯组件的俯视图；
图6是图1对应的连接件的结构示意图；
图7是图2对应的连接件的结构示意图；
图8是图3对应的连接件的结构示意图；
图9是本发明一实施例提供的网筛结构的示意图；
图10是本发明另一实施例提供的网筛结构的示意图；
图11是本发明一实施例提供的蓄冷床的分解示意图；
图12是本发明一实施例提供的蓄冷床的爆炸图；
图13是本发明一实施例提供的盖体的结构示意图；
图14是本发明一实施例提供的壳体的侧视图；
图15是本发明一实施例提供的壳体的俯视图。
附图标记：
1-磁工质内芯组件 11-磁工质件 111-磁工质片
12-连接件 121-缺口 13-网筛结构
2-盖体
3-壳体 31-分区 32-隔热板 33-螺纹结构 34-进出管连接口
341-进管连接口 342-出管连接口 35-固定组件
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是根据本发明一实施例示出的磁工质内芯组件的结构示意图；图2是根据本发明另一实施例示出的磁工质内芯组件的结构示意图；图3是根据本发明又一实施例示出的磁工质内芯组件的结构示意图；图4是根据图3示出的磁工质内芯组件分解示意图；图5是根据图3示出的磁工质内芯组件俯视图；图6是图1对应的连接件的结构示意图；图7是图2对应的连接件的结构示意图；图8是图3对应的连接件的结构示意图；图9是根据本发明一实施例示出的网筛结构的示意图；图10是根据本发明另一实施例示出的网筛结构的示意图。本发明一实施例提供的一种磁工质内芯组件，包括多组磁工质件与多个连接件，相邻两组所述磁工质件之间均通过所述连接件连接，流体流动方向即为磁工质内芯组件的轴向方向，磁工质内芯组件的轴向两端固定有网筛结构。
其中，如图1至图5所示，本发明一实施例中提供的磁工质内芯组件1，包括多组磁工质件11与多个连接件12；所述磁工质件11具有多个轴向延伸的流道，制冷剂流体能够由进口流入，经过各轴向延伸的流道至出口流出；所述连接件12的两侧具有用于与所述磁工质件11连接的连接结构，多个所述磁工质件11通过所述连接件12在轴向上依次连接；所述连接件12为隔热材质。隔热材质的连接件12能够减小相邻所述磁工质件11之间的轴向热传导，同时所述连接件12的设置有效减小了相邻所述磁工质件11之间热传导的面积，进一步有效降低轴向热传导；保持磁热效应发生的温度跨度，提高蓄冷床及磁制冷机的运行性能。
本实施例中，每组所述磁工质件11包括平行设置的若干磁工质片111；相邻两个所述磁工质片111之间形成所述流道，流体在各流道中流动进行制冷或制热。本实施例中每个所述磁工质片111的厚度为0.05mm-2mm，每两个相邻的所述磁工质片111之间的间距为0.05mm-2mm。
如图1至图2所示，本发明一实施例提供的磁工质内芯组件1，磁工质件11按居里温度分层设置，在轴向方向上各组磁工质件11按居里温度由低到高或者由高到低依次排列，以扩大磁热反应发生的温度跨度，提升磁制冷性能。
如图6至图8所示，连接件12为环状体，方形框架式环状体、圆环式环状体或者顶端面是梯形式的框架环状体均可，流体可从环状连接件12内部中空区域通过，流入相邻的磁工质件11。其中，顶端面是梯形式的框架环状体便于将不同组磁工质件11围成圆形。本发明一实施例提供的磁工质内芯组件1，所述连接结构为多个缺口121，所述缺口121用于固定所述磁工质片111。如图6至图8所示，在连接件12轴向方向的两侧，均成对设置有若干缺口121，每对缺口121固定一个磁工质片111。连接件12两侧的缺口121反向根据待安装的磁工质片111的方向确定，缺口121的形状尺寸与磁工质片111相适应。
现有蓄冷床内还存在换热流体流动不均匀、导致蓄冷床压力损失大的问题，为了解决这一问题，本发明一实施例提供的磁工质内芯组件1，相邻两组所述磁工质件11在轴向上的夹角为20°-90°，以使其中一组所述磁工质件11的所述流道能够在径向上扩散。如图1至图3，第一组磁工质片111纵向设置，组内各磁工质片111形成轴向延伸的流道，第二组磁工质片111的流道除了继续在轴向上延伸，还可以在径向上进行扩散，这样在相邻组之间换热流体传动过程中，流体会进行不断改变路径，使得磁工质内芯组件1中换热流体流动的更均匀，减小蓄冷床的压力损失。图中所示为垂直设置的形式，其中任一组磁工质件11中的磁工质片111均可以变换倾斜角度，能够实现流体在径向上扩散效果即可。
本发明一个优选的实施例中，相邻两组所述磁工质件11在轴向上垂直设置，以使其中一组所述磁工质件11的所述流道能够在径向上扩散。如图1至图3所示，示出的均是相邻两组所述磁工质件11垂直设置的情形，以图中磁工质内芯组件1为例，磁工质件11设置为纵向组件、横向组件交错的形式，提高换热流体流动的均匀性；同时此种设置方式，还可以进一步减少相邻组之间磁工质片111的流体流动方向上的轴向热传导。在满足低流阻的情况下增加了换热流体的换热面积、提高了流动的均匀性，具有换热效率高的优势，保证磁制冷机的性能。
相邻两组磁工质件11沿流动方向上的长度或弧长可以相等或不相等，本申请不做限制。
为有效固定磁工质片111，缺口121的宽度取决于磁工质片111的厚度，连接件12的每侧相邻缺口121之间的间距取决于磁工质片111的间距，所述连接件12在流体流动方向上的长度为L，连接件12一侧的所述缺口121在流体流动方向上的长度为L1，连接件12另一侧的所述缺口121在流体流动方向上的长度为L2，L、L1及L2满足关系：L≥L1+L2。为了保证连接强度的同时增大过流面积，本实施例中，环状的所述连接件12在径向上的厚度为d，L及d满足关系：L≥4d。
为进一步提高换热流体流动的均匀性，如图9至图10中，本发明一实施例中提供的磁工质内芯组件1中，还包括网筛结构13，所述网筛结构13设置于每组所述磁工质件11轴向上的两端，每组磁工质内芯组件1的两端为流体的进口和出口，即进出口设置有网筛结构13。本实施例中，所述网筛结构13在其轴向上包括第一侧和第二侧，所述网筛结构13的第一侧设置有与连接件12相同的连接结构，例如缺口121，网筛结构13的第一侧通过缺口121所固定连接述磁工质件11；所述网筛结构13的第二侧设置有多孔板或者格栅结构，多孔板或者格栅结构能够有效分流进出口换热流体，使流体流动更均匀。多孔板或者格栅结构可根据实际情况选择设置或不设置。图11是根据本发明一实施例示出的蓄冷床的分解示意图；图12是根据本发明一实施例示出的蓄冷床的爆炸图；图13是根据本发明一实施例示出的盖体2的结构示意图；图14是根据本发明一实施例示出的壳体3的侧视图；图15是根据本发明一实施例示出的壳体3的俯视图。
本发明一实施例提供的一种蓄冷床，包括上述任一项所述的磁工质内芯组件1，盖体2和壳体3，所述壳体3内具有一容纳腔，所述磁工质件11设置于所述容纳腔内，所述盖体2与所述壳体3螺旋连接。现有技术中蓄冷床盖板与壳体3采用螺钉连接，由于床内受到与磁工质换热的流体的压力，使得床盖需要很多颗螺钉进行紧固，极大的增加了装配复杂度，降低了可靠性，易发生换热流体的泄漏。本实施例提供的蓄冷床，采用螺纹密封连接，简化了装配过程，可靠性高。
对于本实施例提供的旋转式磁制冷机的环形蓄冷床，其壳体3内的容纳腔通过隔热板32设置成多个分区31，分区31的数量取决于磁工质内芯组件1的个数，每个所述分区31内卡接设置有一组所述磁工质内芯组件1，如图15所示的具体实施例中，磁工质内芯组件1的个数为8个。分区31内壁与磁工质内芯组件1可采用卡扣、卡槽等方式配合连接。壳体3外侧壁上
本实施例中，隔热板32相对的所述壳体3的外壁上设置有进出管连接口34(分别为进管连接口341、出管连接口342)，所述进出管连接口34用于连接外部连接管，便于换热流体的通入与放出，如图12所示，进出管连接口34设置于固定组件35上，固定组件35用于连接进出管连接口34与蓄冷床。
本发明一实施例提供了一种磁制冷机，包括上述任一项所述的蓄冷床。
如图1至图2所示，是本申请实施例提供的包含磁工质内芯组件1的往复式磁制冷机，往复式磁制冷机的基本原理是蓄冷床与磁场系统相对做往复运动，在蓄冷床进出磁场的过程中产生磁热效应，从而实现制冷。因此蓄冷床的结构一般为直线型，常见的有圆柱体和长方体。
图1中所示为长方体磁工质内芯组件1及连接件12(壳体3未示出)，图中示出的5个磁工质件11按其居里温度T1-T5依次排列，T1＜T2＜T3＜T4＜T5，此方案中连接件12为图6所示的结构，连接件12优选的由具有一定强度的导热系数低的材料制成。图2中所示为圆柱体磁工质内芯组件1及连接件12(壳体3未示出)，同长方体蓄冷床内芯组件类似，图中示出4个磁工质件11按其居里温度T1-T4依次排列，T1＜T2＜T3＜T4，此方案中连接件12为图7所示的结构，图中箭头表示流体流动方向。
本发明实施例提供的最优实施例为包含磁工质内芯组件1的旋转式室温磁制冷机，旋转式磁制冷机的蓄冷床一般为完整的圆环状或具有一定角度的部分圆环状(扇形)。环状蓄冷床系统的磁工质内芯组件1往往由偶数个磁工质内芯组件1围成一圈组成。
如图12所示，环形盖体2、环形壳体3和多个磁工质内芯组件1组成环状的蓄冷床，本实施例中磁工质内芯组件1个数为8个。其他实施例中，各结构数量关系可满足磁工质内芯组件1个数m、连接件12个数m-1，m＝1-100。
如图13所示，环状盖体2中内外圆相对的两个内侧面上均设置螺纹结构33，如图14至图15所示，环状壳体3中内圆的外侧面、外圆的外侧面上均设置螺纹结构33，盖体2和壳体3上的螺纹配合连接，旋紧时相互协调保证蓄冷床内外侧完全螺纹密封连接，并提高装配效率。壳体3和盖体2由具有一定强度的、导热系数低的、非磁性材料制作而成。
本实施例中圆环型状蓄冷床流体流动方向是：流体从每个磁工质内芯组件1的入口流入，先充满网筛结构13与环形底壳上隔热板32之间构成的空腔，再通过网筛结构13进入磁工质件11，再通过出口侧的网筛结构13，并由出口流出。
本发明提供的磁工质内芯组件1、蓄冷床及磁制冷机，换热流体与磁工质换热时流阻小、换热均匀；同时减少了不同居里温度的磁工质件11之间热传导，提高了磁制冷蓄冷床的效率；另外将壳体3与盖体2螺纹连接，提高了装配效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，也即空调正常安装时对应的方位。仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种磁工质内芯组件，其特征在于，包括多组磁工质件(11)与多个连接件(12)；
所述磁工质件(11)具有多个轴向延伸的流道；
所述连接件(12)的两侧具有用于与所述磁工质件(11)连接的连接结构，多个所述磁工质件(11)通过所述连接件(12)在轴向上依次连接；所述连接件(12)为隔热材质。
2.根据权利要求1所述的磁工质内芯组件，其特征在于，每组所述磁工质件(11)包括平行设置的若干磁工质片(111)；相邻两个所述磁工质片(111)之间形成所述流道。
3.根据权利要求2所述的磁工质内芯组件，其特征在于，所述连接结构为多个缺口(121)，所述缺口(121)用于固定所述磁工质片(111)。
4.根据权利要求2所述的磁工质内芯组件，其特征在于，相邻两组所述磁工质件(11)在轴向上的夹角为20°-90°，以使其中一组所述磁工质件(11)的所述流道能够在径向上扩散。
5.根据权利要求2所述的磁工质内芯组件，其特征在于，相邻两组所述磁工质件(11)在轴向上垂直设置，以使其中一组所述磁工质件(11)的所述流道能够在径向上扩散。
6.根据权利要求2所述的磁工质内芯组件，其特征在于，所述连接件(12)在轴向上的长度为L，所述连接件(12)在径向上的厚度为d，L及d满足关系：L≥4d。
7.根据权利要求1所述的磁工质内芯组件，其特征在于，还包括网筛结构(13)，所述网筛结构(13)设置于每组所述磁工质件(11)轴向上的两端。
8.根据权利要求7所述的磁工质内芯组件，其特征在于，所述网筛结构(13)在其轴向上包括第一侧和第二侧，所述网筛结构(13)的第一侧用于与所述磁工质件(11)固定连接，所述网筛结构(13)的第二侧设置有多孔板或者格栅结构。
9.一种蓄冷床，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的磁工质内芯组件。
10.根据权利要求9所述的蓄冷床，其特征在于，还包括盖体(2)和壳体(3)，所述壳体(3)内具有一容纳腔，所述磁工质内芯组件(1)设置于所述容纳腔内，所述盖体(2)与所述壳体(3)螺旋连接。
11.根据权利要求10所述的蓄冷床系统，其特征在于，所述容纳腔通过隔热板(32)设置成多个分区(31)，每个所述分区(31)内卡接设置有一组所述磁工质内芯组件(1)。
12.根据权利要求11所述的蓄冷床系统，其特征在于，所述壳体(3)的外壁上对应每个分区(31)的位置设置有进出管连接口(34)，所述进出管连接口(34)用于连接外部连接管。
13.一种磁制冷机，其特征在于，包括权利要求9-12任一项所述的蓄冷床。
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