CN110542153A - 采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组。散热装置，包括磁热芯体、磁场发生器和第一单向传热元件，所述散热装置设置于待散热结构上，所述磁热芯体设置于所述磁场发生器内，所述第一单向传热元件设置于所述磁热芯体和所述待散热结构之间，且所述第一单向传热元件的传热方向由所述待散热结构指向所述磁热芯体。本发明提供的采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组，利用固定设置在磁场发生器中的磁热芯体在电磁铁的通断控制下励磁和退磁从而完成散热，单向传热元件能够控制热量传递方向，从而实现在待散热结构处吸热并在其他方向上散热的目的，达到结构简单、体积小巧、散热效率和稳定性高的目的。

Description

采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组

技术领域

本发明涉及散热结构技术领域，特别是一种采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组。

背景技术

随着科技发展变频空调已成为市场主流，变频空调的核心控制部件为变频器，变频器通过控制压缩机的转速使压缩机处于最佳最省电的转速状态，从而实现低功耗高效率的目的。变频器主要由功率模块组成，但是功率模块长时间作业会产生大量热量，变频器内温度升高，若热量不能及时排出，将导致变频器性能下降，严重影响其正常工作性能，然而现有变频空调用散热器主要分为两大类，磁制冷散热器产品较少：(1)风冷散热器：工作原理为变频器内部热量传导至铝型材，在冷凝风机作用下带走铝型材上热量，从而实现变频器散热，然而风冷散热器存在如下问题：散热效率低，若要增大散热效率，则需增大散热器的散热面积，其体积及质量也同步增加，不便于机组的轻量化及结构稳定性设计。(2)冷媒冷散热器：通过系统冷媒节流后引一分支对变频器进行散热，散热效率相比风冷散热器更快，体积更小，然而冷媒散热器存在如下问题：引入分支对系统性能有影响，管路复杂，控制复杂，特别是具备制冷、制热功能空调，引入分支需在不同系统上切换，阀体较多，控制更加复杂，不利于整个系统的稳定性。(3)磁制冷散热器：磁工质有液体，通过管路形成回路，需借助往复气缸、增压泵、电机等形式运动部件作为辅助，噪音高、振动大、运行稳定性低。

发明内容

为了解决现有技术中风冷散热或冷媒散热均存在效率低且影响系统性能，且磁制冷散热器因运动部件的存在造成噪音高、振动大且稳定性差的技术问题，而提供一种采用磁热芯体在励磁和退磁过程的温度变化进行散热的采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组。

一种散热装置，包括磁热芯体、磁场发生器和第一单向传热元件，所述散热装置设置于待散热结构上，所述磁热芯体设置于所述磁场发生器内，所述第一单向传热元件设置于所述磁热芯体和所述待散热结构之间，且所述第一单向传热元件的传热方向由所述待散热结构指向所述磁热芯体。

所述磁热芯体内设置有磁工质，所述磁工质具有在所述磁场发生器工作时进行励磁升温的第一状态和在所述磁场发生器停止工作时进行退磁降温的第二状态。

所述磁工质包括钆或钆的化合物。

所述第一单向传热元件包括热二极管模组。

所述散热装置还包括第二单向传热元件，所述第二单向传热元件设置于所述磁热芯体远离所述待散热结构的一侧，且所述第二单向传热元件的传热方向指向远离所述磁热芯体的方向。

所述第一单向传热元件和所述第二单向传热元件均包括热二极管模组。

所述散热装置还包括绝热结构，所述绝热结构包覆于所述磁热芯体的周侧，且所述绝热结构上设置有用于使所述第一单向传热元件与所述磁热芯体接触的第一开口和使所述磁热芯体与外部连通的第二开口。

所述磁场发生器包括电磁铁和开关，在所述开关连通时，所述电磁铁产生磁场。

所述电磁铁的N极和S极之间形成磁场区域，所述磁热芯体设置于所述磁场区域内。

一种室外机，包括上述的散热装置。

所述室外机包括变频器，所述第一单向传热元件设置于所述变频器和所述磁热芯体之间。

所述室外机还包括风机，所述散热装置设置于所述风机出风方向的一侧。

一种空调机组，包括上述的散热装置或上述的室外机。

本发明提供的采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组，利用固定设置在磁场发生器中的磁热芯体在电磁铁的通断控制下励磁和退磁从而完成散热，克服了现有技术中需要设置回路和运动部件而产生的噪音和振动，增加了散热装置的稳定性，单向传热元件能够控制热量传递方向，从而实现在待散热结构处吸热并在其他方向上散热的目的，解决了风冷散热器效率低及冷媒散热器对系统存在影响的问题，达到结构简单、体积小巧、散热效率和稳定性高的目的，同时对臭氧层无破坏作用，也无温室效应。

附图说明

图1为本发明提供的采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组的实施例的散热装置的结构示意图；

图2为本发明提供的采用磁工质散热的散热装置及室外机、空调机组的实施例的室外机的结构示意图；

图中：

1、磁热芯体；2、磁场发生器；3、第一单向传热元件；4、第二单向传热元件；5、绝热结构；6、变频器；7、风机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的散热装置，包括磁热芯体1、磁场发生器2和第一单向传热元件3，所述散热装置设置于待散热结构上，所述磁热芯体1设置于所述磁场发生器2内，所述第一单向传热元件3设置于所述磁热芯体1和所述待散热结构之间，且所述第一单向传热元件3的传热方向由所述待散热结构指向所述磁热芯体1，磁场发生器2能够根据需要产生磁场或者停止产生磁场，从而利用磁性材料所具有的磁热效应原理来实现制冷，即磁性材料磁化时变热，退磁时变冷，从而实现变频器散热目的，而第一单向传热元件3能够控制传热方向，使待散热结构的热量能够向磁热芯体1处散热，而磁热芯体1的热量不会向待散热结构处散发，从而实现制冷散热。

所述磁热芯体1内设置有磁工质，所述磁工质具有在所述磁场发生器2工作时进行励磁升温的第一状态和在所述磁场发生器2停止工作时进行退磁降温的第二状态，其中磁工质具有磁热效应，其磁矩的有序度在外磁场中发生变化而引起熵变来达到制冷的目的，引起材料本身的吸热放热行为。当外界磁场作用到磁工质上时(励磁过程)，磁矩沿着磁场方向择优取向，有序度增加，磁熵减小，多余的能量将以热量的形式向外界排放。当撤离外界磁场时(退磁过程)，磁工质内的磁矩取向是杂乱无章的，此时磁熵变大，磁工质从外界吸热，这样就实现了制冷。

磁热效应的大小通常用等温熵变(ΔSM)和绝热温变(ΔTad)来表示。在热力学中，吉布斯函数自由能G来表示，对于温度为T，压力为P和磁场为H的磁性体系，G与内能U、熵S、磁化强度M和体积V的关系为：

G＝U-TS+PV-MH (1)

热力学第一定律表明内能U可以表示成系统状态参量的函数。而熵(S)这一概念也由热力学第二定律引出。综合二者后，可以得到热力学基本的微分方程如下：

dU＝TdS-PdV (2)

对于磁性系统磁场的功也应包含在(2)中，因此磁性系统的内能的微分方程为：

dU＝TdS-PdV+HdM (3)

对(1)进行全微分，并综合以上各式可得

dG＝-SdT+VdP-MdH (4)

根据以上两式，可得到熵S的关系式为：

从而得到

对于绝热温变，可由热力学第二定律和比热的定义导出，其表达式为：

ΔS、ΔT为衡量磁工质磁热效应强度的两个重要参数，从推导结论可知，若磁工质具备较大的dM/dT及dH/dTc，则磁热效应越好。

因此，所述磁工质的材料选用原则为处于居里温度附近时有较大的磁熵变与绝热温度；具有较大的磁熵密度，晶格熵应尽量小；低比热容和高热导率等，优选的包括钆或钆的化合物。

所述第一单向传热元件3包括热二极管模组，其中热二极管指一种只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动的热管。

所述散热装置还包括第二单向传热元件4，所述第二单向传热元件4设置于所述磁热芯体1远离所述待散热结构的一侧，且所述第二单向传热元件4的传热方向指向远离所述磁热芯体1的方向，利用第二单向传热元件4将磁热芯体1在励磁阶段产生的热量向外界散热，从而增快磁热芯体1的散热效果。

所述第一单向传热元件3和所述第二单向传热元件4均包括热二极管模组。

所述散热装置还包括绝热结构5，所述绝热结构5包覆于所述磁热芯体1的周侧，且所述绝热结构5上设置有用于使所述第一单向传热元件3与所述磁热芯体1接触的第一开口和使所述磁热芯体1与外部连通的第二开口，利用绝热结构5避免磁热芯体1在待散热结构处吸热过程的同时从外界进行吸热而影响磁热芯体1的散热效果。

所述磁场发生器2包括电磁铁和开关，在所述开关连通时，所述电磁铁产生磁场。

所述电磁铁的N极和S极之间形成磁场区域，所述磁热芯体1设置于所述磁场区域内。

其中电磁铁和磁热芯体1之间的吸放热过程如下：

(1)打开开关，电磁铁产生磁场，对磁工质而言为励磁过程，磁工质磁矩有序性增大，磁熵减小，此时磁工质温度升高，且高于高温热源(或环境)温度；(2)磁工质向高温热源(或环境)放出热量的过程，磁工质温度进一步降低，此时第一单向传热元件3绝热、第二单向传热元件4导热，磁工质产生的热量通过第二单向传热元件4排出；(3)开关关闭，磁场消失，对磁工质而言为去磁过程，该过程磁工质磁矩有序性减小，磁熵增大，磁工质温度进一步降低；(4)磁工质温度低于低温热源，磁工质从待散热结构处吸收热量，温度升高，此时第一单向传热元件3导热、第二单向传热元件4绝热，磁工质通过第一单向传热元件3从待散热结构处吸热，从而实现制冷，完成一个循环。

如图2所示一种室外机，包括上述的散热装置。

所述室外机包括变频器6，所述第一单向传热元件3设置于所述变频器6和所述磁热芯体1之间，与风冷散热器固定形式一样，通过螺钉进行固定，散热装置上的第一单向传热元件3与变频器6贴合，散热装置循环一周，通过第一单向传热元件3吸收外界热量实现对变频器6的降温保护，保证变频器6内电子元器件的稳定运行，提高整个空调系统的可靠性。该磁制冷散热器模块为独立系统，与变频空调冷媒系统互不干扰，解决了风冷散热器及冷媒冷散热器目前存在的难题，而且散热装置还存在如下优点：1)磁熵密度大，相比冷媒冷散热器，磁工质的磁熵密度比气体大，磁制冷装置易于小型化；2)磁工质散热结构无压缩机等运动部件，无需风冷辅助，振动小噪声低，一定程度上更安全可靠；3)热效率高，相比冷媒冷散热器，磁工质散热结构可达到卡诺循环的30％～60％，而传统制冷循环只能达到卡诺循环的5％～10％；4)绿色环保，不排放有害气体低碳环保、绿色无污染。

所述室外机还包括风机7，所述散热装置设置于所述风机7出风方向的一侧，利用风机7的出风增加磁热芯体1向外界散热的速率，从而增加散热装置的散热效果。

一种空调机组，包括上述的散热装置或上述的室外机。

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本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 (13)

1.一种散热装置，其特征在于：包括磁热芯体(1)、磁场发生器(2)和第一单向传热元件(3)，所述散热装置设置于待散热结构上，所述磁热芯体(1)设置于所述磁场发生器(2)内，所述第一单向传热元件(3)设置于所述磁热芯体(1)和所述待散热结构之间，且所述第一单向传热元件(3)的传热方向由所述待散热结构指向所述磁热芯体(1)。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述磁热芯体(1)内设置有磁工质，所述磁工质具有在所述磁场发生器(2)工作时进行励磁升温的第一状态和在所述磁场发生器(2)停止工作时进行退磁降温的第二状态。

3.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于：所述磁工质包括钆或钆的化合物。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述第一单向传热元件(3)包括热二极管模组。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述散热装置还包括第二单向传热元件(4)，所述第二单向传热元件(4)设置于所述磁热芯体(1)远离所述待散热结构的一侧，且所述第二单向传热元件(4)的传热方向指向远离所述磁热芯体(1)的方向。

6.根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于：所述第一单向传热元件(3)和所述第二单向传热元件(4)均包括热二极管模组。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述散热装置还包括绝热结构(5)，所述绝热结构(5)包覆于所述磁热芯体(1)的周侧，且所述绝热结构(5)上设置有用于使所述第一单向传热元件(3)与所述磁热芯体(1)接触的第一开口和使所述磁热芯体(1)与外部连通的第二开口。

8.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于：所述磁场发生器(2)包括电磁铁和开关，在所述开关连通时，所述电磁铁产生磁场。

9.根据权利要求8所述的散热装置，其特征在于：所述电磁铁的N极和S极之间形成磁场区域，所述磁热芯体(1)设置于所述磁场区域内。

10.一种室外机，其特征在于：包括权利要求1至9中任一项所述的散热装置。

11.根据权利要求10所述的室外机，其特征在于：所述室外机包括变频器(6)，所述第一单向传热元件(3)设置于所述变频器(6)和所述磁热芯体(1)之间。

12.根据权利要求11所述的室外机，其特征在于：所述室外机还包括风机(7)，所述散热装置设置于所述风机(7)出风方向的一侧。

13.一种空调机组，其特征在于：包括权利要求1至9中任一项所述的散热装置或权利要求10至12中任一项所述的室外机。