CN109282518A - 磁制冷机、磁工质床及磁工质组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁制冷机、磁工质床及磁工质组件，磁工质组件设于磁制冷机的磁工质床上，包括：具有换热腔的外管；磁工质，收容于换热腔内；其中，磁工质能够在所处环境的磁场变化时吸收或释放热量，且外管上开设有多个与换热腔连通的通孔，多个通孔允许换热介质流入换热腔并与磁工质接触。上述磁工质组件中，外管上开设有多个与换热腔连通的通孔，通孔允许换热介质流入换热腔并与磁工质接触，通过换热介质带走磁工质产生的热量或冷源，实现换热。并且，通过外管收容磁工质，使得磁工质可以按照外管的形状规则排布，将堆积的磁工质三维立体存放，增大磁工质整体的外表面积，增大换热介质的通过空间，使换热介质流动顺畅，且提高换热性能。

Description

磁制冷机、磁工质床及磁工质组件

技术领域

本发明涉及磁制冷技术领域，特别是涉及磁制冷机、磁工质床及磁工质组件。

背景技术

磁制冷是一种绿色环保的制冷技术，其理论卡诺循环效率可达60％,在环境友好、节约能源方面较蒸气压缩式制冷更具发展潜力。其原理是利用磁制冷材料的磁热效应(Magnetocaloric effect,MCE)：外磁场的变化会引发材料自身磁熵的改变并伴随吸热和放热现象。具体来讲磁热效应在磁制冷材料的居里温度附近最为显著，当作用外磁场时材料的磁熵值降低并放出热量；当无外磁场时材料的磁熵值增加并吸收热量。如果在此吸热、放热之间，用适当的过程加以连接，不断地将热量排出、冷量取出，就形成了磁制冷循环，可以持续输出冷量。

磁制冷机利用上述原理，进行换热，换热过程中磁制冷机中的磁工质与换热介质交换热量。磁工质为固体颗粒物料，堆积在一起，工质颗粒之间的间隙形成多个微型通道。换热介质流经磁工质时，进入上述微型通道并与磁工质接触，达到换热的目的。但是，工质颗粒之间的间隙非常狭小，换热介质流经微型通道时的流动阻力较大，换热介质流动不畅，换热性能较差。

发明内容

基于此，有必要针对磁工质换热性能较差的问题，提供一种提高换热性能的磁工质组件。

一种磁工质组件，设于磁制冷机的磁工质床上，包括：

具有换热腔的外管；

磁工质，收容于所述换热腔内；

其中，所述磁工质能够在所处环境的磁场变化时吸收或释放热量，且所述外管上开设有与所述换热腔连通的多个通孔，所述多个通孔允许换热介质流入所述换热腔并与所述磁工质接触。

上述磁工质组件包括外管和磁工质，外管具有换热腔，磁工质收容于换热腔内，且磁工质能够在所处环境的磁场变化时吸收或释放能量。其中，外管上开设有与换热腔连通的多个通孔，通孔允许换热介质流入换热腔并与磁工质接触，通过换热介质带走磁工质产生的热量或冷源，实现换热。并且，通过外管收容磁工质，使得磁工质可以按照外管的形状规则排布，将堆积的磁工质三维立体存放，增大磁工质整体的外表面积，增大换热介质的通过空间，使换热介质流动顺畅，且提高换热性能。

在其中一个实施例中，所述外管呈螺旋状设置。

在其中一个实施例中，所述外管的螺旋直径，沿所述外管螺旋轴线一端向另一端的方向保持不变；或者，所述外管的螺旋直径，沿所述外管螺旋轴线一端向另一端的方向渐变设置。

在其中一个实施例中，所述磁工质呈颗粒状，每个所述磁工质的最小宽度大于每个所述通孔的最大孔径。

在其中一个实施例中，所述外管的管口处固定盖设有端盖。

在其中一个实施例中，所述端盖焊接于所述外管的管口处。

本发明还提供一种磁工质床，包括本体和上述磁工质组件，所述磁工质组件固定于所述本体上。

在其中一个实施例中，所述本体上开设有容置腔、入口流道和出口流道，所述磁工质组件收容固定于所述容置腔内，所述入口流道和所述出口流道均与所述容置腔相通。

在其中一个实施例中，所述磁工质组件包括多个，且多个所述磁工质组件相对所述容置腔进出换热介质方向的中心线对称设置。

在其中一个实施例中，还包括固定架，所述固定架设置于所述容置腔内，所述外管呈螺旋状套设固定于所述固定架外。

在其中一个实施例中，所述固定架上开设有多个允许所述换热介质流过的让位孔。

本发明还提供一种磁制冷机，包括上述磁工质床。

附图说明

图1为本发明一实施例中磁工质床的结构示意图；

图2为图1所示磁工质床中一种磁工质组件的结构示意图；

图3为图1所示磁工质床中另一种磁工质组件的结构示意图；

图4为图3所示磁工质组件的局部放大示意图；

图5为图1所示磁工质床的部分结构示意图；

图6为图5所示磁工质床中固定架的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例中，提供一种磁工质组件30。磁工质组件30设于磁制冷机的磁工质床100上，且换热介质流经磁工质组件30，与磁工质组件30交换热量。

如图2-4所示，磁工质组件30包括外管32和磁工质34，外管32具有换热腔，磁工质34收容于换热腔内，且磁工质34能够在所处环境的磁场变化时吸收或释放能量。其中，外管32上开设有与换热腔连通的多个通孔31，多个通孔31允许换热介质流入换热腔并与磁工质34接触，通过换热介质带走磁工质34产生的热量或冷源，实现换热。并且，通过外管32收容磁工质34，使得磁工质34可以按照外管32的形状规则排布，将堆积的磁工质34三维立体存放，增大磁工质34整体的外表面积，增大换热介质的通过空间，使换热介质流动顺畅，提高换热性能。

在一些实施例中，外管32呈螺旋状设置。一方面，螺旋状的外管32可以容纳较多的磁工质34，保证足够的换热源；另一方面，螺旋状的外管32具有较大的外表面，使较多的磁工质34可以与换热流体接触，增大换热介质的换热空间，保证换热面积。如此，即可以保证足够的换热源，提供足够的换热量，且保证磁工质34与换热介质的充分接触，以达到较好的换热效果。可以理解地，在其他一些实施例中，外管32还可以呈波浪状等形状设置，在此不做限定。

进一步地，外管32的螺旋直径，沿外管32螺旋轴线的一端向另一端的方向保持不变，外管32螺旋后整体呈圆柱状；或者，外管32的螺旋直径，沿外管32螺旋轴线的一端向另一端的方向渐变设置，外管32螺旋后整体呈喇叭状。如此，提供多种形状的螺旋外管32。

具体地，磁工质34呈颗粒状，每个磁工质34的最小宽度大于每个通孔31的最大孔径，避免颗粒状的磁工质34从通孔31中漏出，将磁工质34可靠地收容于外管32的收容腔内。

更进一步地，外管32的管口处固定盖设有端盖。从外管32的管口装入磁工质34，然后通过端盖封住外管32的管口，防止管内的磁工质34漏出。可选地，端盖焊接与外管32的管口处。

本发明一实施例中，还提供一种磁工质床100。磁工质床100包括本体10和上述磁工质组件30，磁工质组件30固定于本体10上，本体10用于安装磁工质组件30。

进一步地，本体10上开设有容置腔11、入口流道13和出口流道15，磁工质组件30收容固定于容置腔11内，入口流道13和出口流道15均与容置腔11相通。入口流道13用于向容置腔11内通入换热介质，换热介质在容置腔11内与磁工质组件30接触换热，出口流道15用于排出换热后的换热介质。如此，在本体10上为换热介质的流动设置流动空间，使换热介质可以流经磁工质组件30后排出。可选地，入口流道13和出口流道15分别设于容置腔11的相对两端，使换热介质完全经过容置腔11后，才从容置腔11流出。

更进一步地，磁工质组件30包括多个，多个磁工质组件30相对容置腔11进出换热介质方向的中心线对称设置。容置腔11进出换热介质方向的中心线为第一中心线，多个磁工质组件30相对第一中心线对称设置，使容置腔11内的多个磁工质组件30与换热介质均匀接触，充分利用多个磁工质组件30中的换热源。

如图1所示，可选地，磁工质组件30包括第一磁工质组件31、多个第二磁工质组件33和多个第三磁工质组件35。在容置腔11内，第一磁工质组件31的轴向为容置腔11进出换热介质方向的中心线，多个第二磁工质组件33和多个第三磁工质组件35相对第一磁工质组件31对称设置。具体地，第一磁工质组件31中外管32的螺旋直径，沿外管32螺旋轴线的一端向另一端的方向保持不变，外管32螺旋后整体呈圆柱状；第二磁工质组件33和第三磁工质组件35中外管32的螺旋直径，沿外管32螺旋轴线的一端向另一端的方向渐变设置，外管32螺旋后整体呈喇叭状。如此，通过多个不同形状的磁工质组件30，填充容置腔11，使第一磁工质组件31、多个第二磁工质组件33和多个第三磁工质组件35沾满整个容置腔11，以在容置腔11内设置足够的换热源。

如图5-6所示，磁工质床100还包括固定架50，固定架50设于容置腔11内，且外管32呈螺旋状套固定于固定架50外，通过固定架50安装磁工质组件30。可选地，外管32通过螺钉固定于固定架50上。可以理解地，在其他一些实施例中，也可以将磁工质组件30直接固定于容置腔11的腔壁上，省略固定架50。

进一步地，固定架50上开设有多个允许换热介质流过的让位孔52，避免固定架50占用过多换热介质的流动空间，防止固定架50阻碍流体流动。

本发明一实施例中，还提供一种磁制冷机。磁制冷机(图未示)包括主动回热器(AMR)、永磁体、流体泵、冷侧换热器(CHEX)、热侧换热器(HHEX)。主动回热器(AMR)中设置有上述磁工质床100，磁工质床100与永磁体之间发生相对转动，流体泵驱使换热流体循环流动，流体流动穿过磁工质床100(退磁)，该流体与退磁的低温磁工质床100接触时变冷。变冷的流体离开磁工质床100，流经冷侧换热器吸收热量而冷却。被加热的换热流体再次流动穿过磁工质床100(磁化)，该流体与磁化后的高温磁工质床100接触时变热。这个高温磁工质床100通过由永磁体产生的磁场磁化发热产生。被流体吸收的磁工质床100(磁化)的热量最终通过热侧换热器排放到周围环境中。然后流体返回储液罐和流体泵，再循环。其中，流体为上述换热介质。

并且，该实施方案中，热侧和冷侧可以反转。流体流动的时机和方向(热至冷或冷至热)可以与磁场的施加和移除相协调。磁场可以通过永磁体、电磁体或者超导体磁体提供。本实施例的磁制冷机具有寿命长、制冷效率高的优点。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

磁工质组件30包括外管32和磁工质34，外管32具有换热腔，磁工质34收容于换热腔内，且磁工质34能够在所处环境的磁场变化时吸收或释放能量。其中，外管32上开设有与换热腔连通的多个通孔31，多个通孔31允许换热介质流入换热腔并与磁工质34接触，通过换热介质带走磁工质34产生的热量或冷源，实现换热。并且，通过外管32收容磁工质34，使得磁工质34可以按照外管32的形状规则排布，将堆积的磁工质34三维立体存放，增大磁工质34整体的外表面积，增大换热介质的通过空间，使换热介质流动顺畅，且提高换热性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种磁工质组件(30)，设于磁制冷机的磁工质床(100)上，其特征在于，包括：

具有换热腔的外管(32)；

磁工质(34)，收容于所述换热腔内；

其中，所述磁工质(34)能够在所处环境的磁场变化时吸收或释放热量，且所述外管(32)上开设有与所述换热腔连通的多个通孔(31)，所述多个通孔(31)允许换热介质流入所述换热腔并与所述磁工质(34)接触。

2.根据权利要求1所述的磁工质组件(30)，其特征在于，所述外管(32)呈螺旋状设置。

3.根据权利要求2所述的磁工质组件(30)，其特征在于，所述外管(32)的螺旋直径，沿所述外管(32)螺旋轴线的一端向另一端的方向保持不变；或者，所述外管(32)的螺旋直径，沿所述外管(32)螺旋轴线的一端向另一端的方向渐变设置。

4.根据权利要求1所述的磁工质组件(30)，其特征在于，所述磁工质(34)呈颗粒状，每个所述磁工质(34)的最小宽度大于每个所述通孔(31)的最大孔径。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的磁工质组件(30)，其特征在于，所述外管(32)的管口处固定盖设有端盖。

6.根据权利要求5所述的磁工质组件(30)，其特征在于，所述端盖焊接于所述外管(32)的管口处。

7.一种磁工质床(100)，其特征在于，包括本体(10)和上述权利要求1-6任意一项所述的磁工质组件(30)，所述磁工质组件(30)固定于所述本体(10)上。

8.根据权利要求7所述的磁工质床(100)，其特征在于，所述本体(10)上开设有容置腔(11)、入口流道(13)和出口流道(15)，所述磁工质组件(30)收容固定于所述容置腔(11)内，所述入口流道(13)和所述出口流道(15)均与所述容置腔(11)相通。

9.根据权利要求8所述的磁工质床(100)，其特征在于，所述磁工质组件(30)包括多个，且多个所述磁工质组件(30)相对所述容置腔(11)进出换热介质方向的中心线对称设置。

10.根据权利要求8所述的磁工质床(100)，其特征在于，还包括固定架(50)，所述固定架(50)设置于所述容置腔(11)内，所述外管(32)呈螺旋状套设固定于所述固定架(50)外。

11.根据权利要求10所述的磁工质床(100)，其特征在于，所述固定架(50)上开设有多个允许所述换热介质流过的让位孔(52)。

12.一种磁制冷机，其特征在于，包括上述权利要求7-11任意一项所述的磁工质床(100)。