CN111380242A - 减小退磁效应的主动式磁回热器 - Google Patents
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Abstract
一种减小退磁效应的主动式磁回热器，包括磁热组件以及套于所述磁热组件上的同步旋转组件；所述磁热组件包括回热器壳体、收容并固定于所述回热器壳体中的平行间隔设置的多个磁热材料板以及分别固定于所述回热器壳体两端的两个回热器端头；所述回热器端头内设有连通所述回热器壳体的流通通道。本发明提供的减小退磁效应的主动式磁回热器能够降低目前旋转式磁制冷样机中退磁效应带来的负面影响，并且减小板叠材料承受的磁力扭矩。
Description
技术领域
本申请涉及磁制冷领域，尤指一种减小退磁效应的主动式磁回热器。
背景技术
磁制冷是一种基于磁热效应，采用固态制冷方式，具有清洁环保特点的新型制冷技术。磁制冷机主要由磁场系统、主动式磁回热器、换热系统组成。主动式磁回热器包括磁热材料、回热器外壳以及换热流道三部分，是磁制冷机的核心。主动式磁回热器是将回热器外壳中填入磁热材料，利用水等传热介质，在磁热材料间隙形成的换热流道中流动，实现传热介质与磁热材料热交换。
当一个尺寸有限的材料被外磁场磁化时，其两端出现的自由磁极将产生一个与磁场强度方向相反的磁场，称为退磁场。外加磁场强度与退磁场强度叠加为内部实际磁场强度，退磁场现象会导致材料内部实际磁场强度小于外加磁场强度。退磁场强度主要取决于退磁因子。退磁因子越大，退磁效应越大，内部实际磁场强度越小，材料的磁熵变越小，磁热效应降低，制冷效果变弱；而退磁因子越小，退磁效应越小，内部实际磁场强度越大，材料的磁熵变越大，磁热效应显著，制冷效果越强。因此，尽量减小退磁因子，实现外加磁场损耗减小，实现内部实际磁场强度变大，制冷效果增强。
研究表明，退磁因子与材料的形状以及外加磁场的方向有关，具有明显的各向异性。对于平板材料，当外加磁场方向与材料长度方向平行时，退磁因子最小，退磁场强度最小，内部实际磁场强度最大，制冷效果最强；当外加磁场方向与材料厚度方向平行时，退磁因子最大，退磁场强度最大，内部实际磁场强度最小，制冷效果最弱。
近年来，世界各国制造的磁制冷样机多为旋转式结构，内外磁体在电机的驱动作用下发生相对转动，从而产生大小和方向都在变化的磁场。而由磁热材料平板平行堆积而成的板叠式减小退磁效应的主动式磁回热器保持静止状态。因此在工作过程中，施加在磁热材料板叠上的磁场强度方向时刻发生变化，无法保证始终沿着退磁场最小的方向，这导致实际作用在磁热材料内部的磁场强度减小，从而削弱其磁热效应，降低其制冷能力。另外，由于磁场方向不断变化，磁热材料也会受到磁力扭矩的作用，而目前广泛应用的稀土基材料具有脆性大的特点，易发生疲劳破坏，从而影响磁制冷系统的使用寿命及可靠性。
鉴于此，实有必要提供一种新的减小退磁效应的主动式磁回热器。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种减小退磁效应的主动式磁回热器，能够降低目前旋转式磁制冷样机中退磁效应带来的负面影响，并且减小板叠材料承受的磁力扭矩。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种减小退磁效应的主动式磁回热器，包括磁热组件以及套于所述磁热组件上的同步旋转组件；所述磁热组件包括回热器壳体、收容并固定于所述回热器壳体中的平行间隔设置的多个磁热材料板以及分别固定于所述回热器壳体两端的两个回热器端头；所述回热器端头内设有连通所述回热器壳体的流通通道。
优选地，所述回热器壳体包括圆筒状的壳体以及自所述壳体的内表面凸起形成且对称设置的多个第一齿条，相邻的两个第一齿条与所述壳体围成固定槽；所述磁热材料板呈长方形，所述多个磁热材料板的宽度分别自两端的磁热材料板向中心的磁热材料板逐渐递增，每个磁热材料板的两侧分别卡持于对应的固定槽中。
优选地，所述回热器壳体还包括自所述壳体的内表面凸起形成且相对设置的两个第二齿条，所述两个第二齿条位于同一平面上且所述多个第一齿条关于所述两个第二齿条所在的平面对称；所述多个磁热材料板两端的磁热材料板相背的表面分别抵接于对应的第二齿条上。
优选地，所述回热器端头包括一体生成且同轴设置的第一端与第二端，所述流通通道贯穿所述第一端与所述第二端的轴心；所述第一端与所述第二端均呈圆柱形且所述第一端的直径大于所述第二端的直径，所述第一端与所述第二端连接的位置形成轴肩。
优选地，所述流通通道包括连通的圆柱状的第一通道与圆台状的第二通道；所述第二通道设置于所述第一端背离所述第二端的一端，且所述第二通道的截面自所述第一端背离所述第二端的一端向另一端逐渐减小。
优选地，所述同步旋转组件包括第一固定套与收容于所述第一固定套内的第二固定套，所述第二固定套套于所述第二端上并抵接于所述轴肩上；所述第一固定套与所述第二固定套均呈圆环状且所述第一固定套的内表面设置有内花键，所述第二固定套的外表面设置有外花键，所述内花键与所述外花键卡持固定进而实现所述第一固定套与所述第二固定套的同步转动。
优选地，所述同步旋转组件的数量为两个并分别固定于所述两个回热器端头上。
优选地，所述两个同步旋转组件的第一固定套的外表面与内磁体固定连接。
优选地，还包括两个套筒，所述两个套筒分别套于所述两个回热器端头的第二端上，每个套筒的一端抵靠于所述第二固定套的侧面。
优选地，还包括两个轴承组件，所述两个轴承组件分别套于所述两个回热器端头的第二端上；每个轴承组件包括一个轴承及一个弹性挡圈，每个第二端上设置有卡槽，所述弹性挡圈卡持固定于所述卡槽上；每个轴承的内圈的一侧抵靠于对应套筒背离所述第二固定套的侧面，另一侧抵靠于对应的弹性挡圈。
相较于现有技术，本发明提供的减小退磁效应的主动式磁回热器，通过机械连接方式使得所述内磁体与所述磁热材料板同步旋转，使得所述磁热材料板与磁场的相对位置固定，使得外加磁场方向与磁热材料长度方向平行，使得磁回热器中磁热材料的退磁效应一直保持最小，避免了单靠磁力扭矩无法带动回热器旋转的情形，最大程度降低退磁效应对磁热材料的影响；另外通过机械连接方式使得所述内磁体与所述磁热材料板同步旋转，使得所述磁热材料板磁力扭矩的作用减小，使得磁性材料板不易损坏，增加磁制冷系统的使用寿命及可靠性。本发明提供的减小退磁效应的主动式磁回热器能够降低目前旋转式磁制冷样机中退磁效应带来的负面影响，并且减小板叠材料承受的磁力扭矩。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请减小退磁效应的主动式磁回热器的剖开后的结构示意图；
图2为本申请减小退磁效应的主动式磁回热器中壳体剖开后的结构示意图；
图3为本申请减小退磁效应的主动式磁回热器中磁热材料板的结构示意图；
图4为本申请减小退磁效应的主动式磁回热器中回热器端头的部分结构示意图；
图5为本申请减小退磁效应的主动式磁回热器中同步旋转组件的分解图；
图6为本申请减小退磁效应的主动式磁回热器中轴承组件中弹性挡圈的立体图；
主要组件符号说明
减小退磁效应的主动式磁回热器100；磁热组件-10；回热器壳体-11；壳体-111；第一齿条-112；固定槽-1120；第二齿条-113；磁热材料板-12；回热器端头-13；流通通道-130；第一通道-1301；第二通道-1302；第一端-131；第二端-132；卡槽-1321；轴肩-133；同步旋转组件-20；第一固定套-21；内花键-211；第二固定套-22；外花键-221；套筒-30；轴承组件-40；轴承-41；弹性挡圈-42；内磁体200。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参照图1，本发明提供一种减小退磁效应的主动式磁回热器100，包括磁热组件10以及套于所述磁热组件10上并与所述磁热组件10固定连接的同步旋转组件20。所述磁热组件10包括回热器壳体11、收容并固定于所述回热器壳体11中的平行间隔设置的多个磁热材料板12以及分别固定于所述回热器壳体11两端的两个磁热材料板13。所述磁热材料板13内设有连通所述回热器壳体11的流通通道130。
换热流体自其中一个磁热材料板13的大流通通道130流入所述回热器壳体11中，由于所述多个磁热材料板12平行间隔设置使得相邻的两个磁热材料板12之间形成缝隙，换热流体经所述多个磁热材料板12之间的缝隙穿过，进而与磁热材料板12进行热交换并经另一个磁热材料板13的流通通道130流出。所述两个同步旋转组件20转动时能够带动所述回热器壳体11同步旋转，进而带动收容于所述回热器壳体11内的所述多个磁热材料板13转动。
磁制冷机还包括套于所述磁热组件10上的内磁体200与外磁体，其中所述外磁体套于所述内磁体200上，其中所述内磁体200通过所述同步旋转组件20与所述减小退磁效应的主动式磁回热器100固定连接进而实现与所述减小退磁效应的主动式磁回热器100的同步转动。在换热流体流入回热器壳体11和流出回热器壳体11的过程中，所述减小退磁效应的主动式磁回热器100需要外部磁场强度的改变，磁场强度的改变是通过外磁体不动，所述内磁体200转动产生的。
旋转电机通过同步皮带轮驱动所述回热器端头13及与所述回热器端头13固定连接的回热器壳体11转动，所述回热器壳体11转动同步带动所述磁热材料板12转动。因此，所述内磁体200能够与所述磁热材料板12转动，使得磁热材料板12与磁场相对位置固定。
请参照图2及图3，具体的，所述回热器壳体11包括圆筒状的壳体111以及自所述壳体111的内表面凸起形成且对称设置的多个第一齿条112，相邻的两个第一齿条112与所述壳体111围成固定槽1120。所述磁热材料板12呈长方形，所述多个磁热材料板12的宽度分别自两端的磁热材料板12向中心的磁热材料板12逐渐递增，每个磁热材料板12的两侧分别卡持于对应的固定槽1120中。本实施方式中，所述磁热材料板12的厚度等于所述固定槽1120的宽度，也即所述磁热材料板12的厚度相邻第一齿条112之间的间隙，每个磁热材料板12的宽度大于与之相对应的第一齿条112之间的距离，进而使得所述磁热材料板插进所述回热器壳体11的中空腔内并夹持于对应的固定槽1120中。所述磁热材料板的长度与所述第一齿条112长度相同，使得所述磁热材料板12结构紧凑、安装方便。
进一步的，所述回热器壳体11还包括自所述壳体111的内表面凸起形成且相对设置的两个第二齿条113，所述两个第二齿条113位于同一平面上且所述多个第一齿条112关于所述两个第二齿条113所在的平面对称。所述多个磁热材料板12两端的磁热材料板12相背的表面分别抵接于对应的第二齿条113上。所述多个磁热材料板12两端的磁热材料板12由垂直突起和齿状突起共同固定，保证磁热材料板12中两端磁热材料板12能够平行设置，进而所有磁热材料板叠中的磁热材料22平板实现平行设置，
请参照图4，所述磁热材料板13包括一体生成且同轴设置的第一端131与第一端132，所述流通通道130贯穿所述第一端131与所述第一端132的轴心。所述第一端131与所述第一端132均呈圆柱形且所述第一端131的直径大于所述第一端132的直径，所述第一端131与所述第一端132连接的位置形成轴肩133。每个磁热材料板13的第一端131背离对应第一端132的一端与所述内磁体200固定连接。本实施方式中，所述两个磁热材料板13的第一端131与所述回热器壳体11两端内表面通过过盈配合紧密结合，使得所述磁热材料板13能够带动所述回热器壳体11同步旋转。
本实施例中，所述流通通道130包括连通的圆柱状的第一通道1301与圆台状的第二通道1302。所述第二通道1302设置于所述第一端131背离所述第一端132的一端，且所述第二通道1302的截面自所述第一端131背离所述第一端132的一端向另一端逐渐减小。所述第二通道1302呈圆台状设计，能够使得进入到所述磁热材料板12狭缝中的传热流体分配均匀，并与全部磁热材料板12进行换热，提高所述磁热材料板12的利用效率，提高换热效果；同时，圆台状的第二通道1302断面可以限制所述多个磁热材料板12两侧的轴向位移。
请一并参照图5，所述同步旋转组件20包括第一固定套21与收容于所述第一固定套21内的第二固定套22，所述第二固定套22套于所述第一端132上并抵接于所述轴肩133上。所述第一固定套21与所述第二固定套22均呈圆环状且所述第一固定套21的内表面设置有内花键211，所述第二固定套22的外表面设置有外花键221，所述内花键211与所述外花键221卡持固定进而实现所述第一固定套21与所述第二固定套22的同步转动。具体的，所述第一固定套21通过平键或过盈配合的方式与内磁体200的内表面固定，所述第二固定套22内表面通过平键或过盈配合的方式与所述回热器端头13外表面固定连接，所述第二固定套22的转动能够同步带动所述磁热材料板13的转动。
本实施例中，所述同步旋转组件20的数量为两个并分别固定于所述两个磁热材料板13上，使得所述回热器壳体11的转动更加平稳。
所述内磁体200呈圆环形分布，所述内磁体200的内径大于所述壳体111的外径。所述内磁体200与所述壳体111同轴设置且所述内磁体200的两端分别于所述所述两个同步旋转组件20的第一固定套21的外表面固定连接。本实施方式中，所述内磁体200的一端设置有沟槽，所述第一固定套21的一端嵌套在所述内磁体200端部的沟槽内。在其他实施方式中，所述第一固定套21与所述内磁体200通过平键或过盈配合的方式进行连接，从而保证所述第一固定套21与所述内磁体200的位置相对固定。
请参照图1，所述减小退磁效应的主动式磁回热器还包括两个套筒30，所述两个套筒30分别套于所述两个磁热材料板13的第一端132上，每个套筒30的一端抵靠于所述第二固定套22的表面，用于限制所述第二固定套22的位置，防止所述所述第二固定套22发生轴向移动。
请一并参照图6，所述减小退磁效应的主动式磁回热器还包括两个轴承组件40，所述两个轴承组件40分别套于所述两个磁热材料板13的第一端132上。每个轴承组件40包括一个轴承41及一个弹性挡圈42，每个第一端132上设置有卡槽1321，所述弹性挡圈42卡持固定于所述卡槽1321上。每个轴承41的内圈的一侧抵靠于对应套筒30背离所述第二固定套22的表面，另一侧抵靠于对应的弹性挡圈42。所述轴承组件40的设置，一方面用于确保所述磁热材料板13与所述回热器壳体11的同轴转动，另一方面用于限制所述同步旋转组件20和所述轴承41的轴向位移。
本发明提供的减小退磁效应的主动式磁回热器100，通过机械连接方式使得所述内磁体200与所述磁热材料板12同步旋转，使得所述磁热材料板与磁场的相对位置固定，使得外加磁场方向与磁热材料长度方向平行，使得磁回热器中磁热材料的退磁效应一直保持最小，避免了单靠磁力扭矩无法带动回热器旋转的情形，最大程度降低退磁效应对磁热材料的影响。在外加磁场和所述磁热材料板12产生退磁效应叠加时，所述内磁体200与所述磁热材料板12同步旋转时的内部实际磁场强度大于不同步旋转时内部实际磁场强度；另外通过机械连接方式使得所述内磁体200与所述磁热材料板12同步旋转，使得所述磁热材料板12磁力扭矩的作用减小，使得磁性材料板不易损坏，增加磁制冷系统的使用寿命及可靠性。本发明提供的减小退磁效应的主动式磁回热器100能够降低目前旋转式磁制冷样机中退磁效应带来的负面影响，并且减小板叠材料承受的磁力扭矩。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，包括磁热组件以及套于所述磁热组件上的同步旋转组件；所述磁热组件包括回热器壳体、收容并固定于所述回热器壳体中的平行间隔设置的多个磁热材料板以及分别固定于所述回热器壳体两端的两个回热器端头；所述回热器端头内设有连通所述回热器壳体的流通通道。
2.如权利要求1所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述回热器壳体包括圆筒状的壳体以及自所述壳体的内表面凸起形成且对称设置的多个第一齿条，相邻的两个第一齿条与所述壳体围成固定槽；所述磁热材料板呈长方形，所述多个磁热材料板的宽度分别自两端的磁热材料板向中心的磁热材料板逐渐递增，每个磁热材料板的两侧分别卡持于对应的固定槽中。
3.如权利要求2所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述回热器壳体还包括自所述壳体的内表面凸起形成且相对设置的两个第二齿条，所述两个第二齿条位于同一平面上且所述多个第一齿条关于所述两个第二齿条所在的平面对称；所述多个磁热材料板两端的磁热材料板相背的表面分别抵接于对应的第二齿条上。
4.如权利要求1所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述回热器端头包括一体生成且同轴设置的第一端与第二端，所述流通通道贯穿所述第一端与所述第二端的轴心；所述第一端与所述第二端均呈圆柱形且所述第一端的直径大于所述第二端的直径，所述第一端与所述第二端连接的位置形成轴肩。
5.如权利要求4所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述流通通道包括连通的圆柱状的第一通道与圆台状的第二通道；所述第二通道设置于所述第一端背离所述第二端的一端，且所述第二通道的截面自所述第一端背离所述第二端的一端向另一端逐渐减小。
6.如权利要求4所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述同步旋转组件包括第一固定套与收容于所述第一固定套内的第二固定套，所述第二固定套套于所述第二端上并抵接于所述轴肩上；所述第一固定套与所述第二固定套均呈圆环状且所述第一固定套的内表面设置有内花键，所述第二固定套的外表面设置有外花键，所述内花键与所述外花键卡持固定进而实现所述第一固定套与所述第二固定套的同步转动。
7.如权利要求6所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述同步旋转组件的数量为两个并分别固定于所述两个回热器端头上。
8.如权利要求7所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，所述两个同步旋转组件的第一固定套的外表面与内磁体固定连接。
9.如权利要求7所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，还包括两个套筒，所述两个套筒分别套于所述两个回热器端头的第二端上，每个套筒的一端抵靠于所述第二固定套的侧面。
10.如权利要求9所述的减小退磁效应的主动式磁回热器，其特征在于，还包括两个轴承组件，所述两个轴承组件分别套于所述两个回热器端头的第二端上；每个轴承组件包括一个轴承及一个弹性挡圈，每个第二端上设置有卡槽，所述弹性挡圈卡持固定于所述卡槽上；每个轴承的内圈的一侧抵靠于对应套筒背离所述第二固定套的侧面，另一侧抵靠于对应的弹性挡圈。
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