CN112066590B - 一种可预冷磁热工质的磁制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的可预冷磁热工质的磁制冷系统通过安装蓄冷器以及相应的蓄冷介质和流动管路，在系统正式制冷前，对磁回热器进行预冷，使磁回热器快速建立温跨；且使得磁回热器内各层磁热工质的温度接近其自身的居里温度，使得各层磁热工质均可以充分发挥磁热效应，在制冷过程中磁热工质的磁热效应显著；上述可预冷磁热工质的磁制冷系统在正式制冷时，既满足大温跨制冷，又实现了快速制冷。

Description

一种可预冷磁热工质的磁制冷系统

技术领域

本发明涉及磁制冷技术领域，特别涉及一种可预冷磁热工质的磁制冷系统。

背景技术

磁制冷技术是一种基于材料物性的固态制冷方式，采用水等环保介质作为传热流体，通常具有零全球变暖潜能值、零臭氧消耗潜能值、内禀高效、低噪音与低振动等特点,该技术作为新兴的绿色环保的制冷技术越来越受到关注。

磁热效应是磁热材料在进入磁场过程中温度升高，移出磁场过程中温度降低的一种热效应。具有这种热效应的材料称为磁热材料，通常磁热材料在其居里温度附近具有最强的磁热效应。与传统的制冷方式不同，磁制冷的核心为主动式回热器，制冷循环原理遵从为主动式磁布雷顿循环，随着流体的交变流动以及励磁和去磁，回热器两端逐渐形成稳定的温跨，从而向外界制冷。

居里温度是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。研究表明在居里温度附近的磁热效应最大，有利于发挥材料的制冷潜力。当单层工质填充技术满足不了制冷性能的需求时，通过元素调节和掺杂能够获得了可调节居里温度点的磁性材料，如镧铁硅基化合物等，进而加大磁制冷系统的温跨。

目前，在磁制冷系统中，制冷过程需要经历换热流体和磁热工质的换热，换热流体在系统中的流动方向为交变流动，最终换热流体将热量传递至热端换热器，将冷量传递至冷端换热器，这种制冷过程导致磁制冷循环运行的频率较低，从而导致降温速率较慢。随着磁制冷应用领域的扩大，对磁制冷的大温跨要求日趋迫切，利用不同居里温度的磁热工质组成多层磁回热器能够实现磁制冷的大温跨，因此，该技术在行业内部倍受关注和推广。由于多层回热器中各层的居里温度点的不同，在系统启动时，当磁热工质的居里温度点与环境温度相近或相同时，该磁热工质磁热效应显著；但当磁热工质的居里温度点与环境温度差别较大时，该磁热工质磁热效应很弱，甚至无法发挥磁热效应，这就使得磁制冷系统降温速率变得更加缓慢。由此可知，要实现磁制冷技术的大温跨，需要由不同居里温度的磁热工质组成多层磁回热器，势必会出现居里温度与外部环境差别较大的磁工质。因此，既要满足大温跨制冷，又要实现快速制冷成为目前磁制冷领域中需要突破的关键难题。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种既要满足大温跨制冷，又可实现快速制冷的可预冷磁热工质的磁制冷系统。

一种可预冷磁热工质的磁制冷系统，包括：磁体、磁回热器、蓄冷器、冷端换热器、热端换热器、水力活塞泵及伺服电机，其中：

所述磁体用于提供可控变磁场；

所述磁回热器包括壳体和磁热工质，所述壳体包裹在磁热工质外部，当所述磁体对所述磁回热器励磁时，产生的磁场会通过所述壳体对所述磁热工质进行励磁，所述磁热工质温度升高；当所述磁体对所述磁回热器去磁时，产生的磁场对所述磁热工质进行去磁，磁热工质温度降低；

所述磁回热器和水力活塞泵之间并联连接六条流路通道，分别为第一流路通道、第二流路通道、第三流路通道、第四流路通道、第五流路通道及第六流路通道；

所述第一流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第一流路通道上设置有第一单向阀、第一电磁阀及蓄冷器，换热流体在第一流路通道内部的流动方向是：从所述水力活塞泵流出，沿所述第一流路通道再依次通过所述蓄冷器、所述第一电磁阀及所述第一单向阀流入所述磁回热器；

所述第二流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第二流路通道上设置有第二单向阀、第二电磁阀及所述蓄冷器，换热流体在所述第二流路通道内部的流动方向是：从所述磁回热器流出，沿所述第二流路通道再依次通过所述第二单向阀、所述第二电磁阀及所述蓄冷器，最终流入所述水力活塞泵；

所述第三流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第三流路通道上设置有第三单向阀、第三电磁阀及所述冷端换热器，换热流体在所述第三流路通道内部的流动方向是：从所述磁回热器流出，沿第三流路通道再依次通过所述第三单向阀、所述第三电磁阀及所述冷端换热器，最终流入所述水力活塞泵；

所述第四流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第四流路通道上设置第四单向阀及第四电磁阀，所述换热流体在所述第四流路通道内部的流动方向是：从所述水力活塞泵流出，沿所述第四流路通道再依次通过所述第四电磁阀及第四单向阀，最终流入所述磁回热器；

所述第五流路通道的一端与所述磁回热器另一端连接，所述第五流路通道另一端与所述水力活塞泵另一端连接，所述第五流路通道上设置有第五单向阀，换热流体在所述第五流路通道内部的流动方向是从所述水力活塞泵流出，沿所述第五流路通道再通过所述第五单向阀，最终流入所述磁回热器；

所述第六流路通道的一端与磁回热器另一端连接，所述第六流路通道另一端与所述水力活塞泵另一端连接，所述第六流路通道上设置有第六单向阀及热端换热器，换热流体在所述第六流路通道内部的流动方向是：从所述磁回热器流出，沿所述第六流路通道依次通过所述第六单向阀及所述热端换热器，最终流入所述磁回热器；

所述伺服电机与所述水力活塞泵连接，所述伺服电机可驱动所述水力活塞泵中的活塞移动，进而驱动磁制冷系统中换热流体的移动。

在其中一些实施例中，所述磁体为双层同心嵌套式磁体组，所述双层同心嵌套式磁体组包括外磁体组和内磁体组，所述外磁体组和内磁体组均为中空圆柱体，所述内磁体组设置在外磁体组的中空圆柱体内部，所述磁回热器设置在内磁体组的中空圆柱体内部，所述外磁体组固定不动，内磁体组围绕双层同心嵌套式磁体组的中轴线旋转，通过外磁体组固定不动，内磁体组旋转，在内磁体组的中空部形成可控变磁场，能够对所述磁回热器进行励磁和去磁。

在其中一些实施例中，所述磁热工质为具有磁热效应和可调节居里温度的材料。

在其中一些实施例中，所述磁热工质为n种，n≥1的整数，当n>1时，n种磁热工质的居里温度各不相同，所述n种磁热工质按照磁热工质居里温度的高低顺序在回热器内部有序排列。

在其中一些实施例中，所述磁热工质为Gd基材料，和/或MnFePAs系列化合物、和/或LaFeSi基材料。

在其中一些实施例中，所述磁回热器内部设置4种不同居里温度的磁热工质；其中：居里温度最低的磁热工质设置在与第一流路通道、第二流路通道、第三流路通道、第四流路通道连接的磁回热器端，居里温度最高的磁热工质设置在第五流路通道、第六流路通道连接的磁回热器端。

在其中一些实施例中，还包括温度传感器，所述温度传感器包括磁热工质温度传感器，所述磁热工质温度传感器接近所述磁回热器，用于监测磁热工质的温度。

在其中一些实施例中，所述温度传感器还包括蓄冷器温度传感器，所述蓄冷器温度传感器接近所述蓄冷器用于监测蓄冷器的温度。

在其中一些实施例中，还包括控制器，所述控制器通过数据线分别与所述伺服电机、电磁阀、所述蓄冷器温度传感器及所述磁回热器温度传感器连接。

在其中一些实施例中，所述蓄冷器为回热式热交换器。

本发明提供的可预冷磁热工质的磁制冷系统，包括：磁体、磁回热器、蓄冷器、冷端换热器、热端换热器、水力活塞泵及伺服电机，本发明提供的可预冷磁热工质的磁制冷系统通过安装蓄冷器以及相应的蓄冷介质和流动管路，在系统正式制冷前，对磁回热器进行预冷，使磁回热器快速建立温跨；且使得磁回热器内各层磁热工质的温度接近其自身的居里温度，使得各层磁热工质均可以充分发挥磁热效应，在制冷过程中磁热工质的磁热效应显著；上述可预冷磁热工质的磁制冷系统在正式制冷时，既满足大温跨制冷，又实现了快速制冷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的可预冷磁热工质的磁制冷系统的结构示意图；

其中：1-磁体；2-磁回热器；3-蓄冷器；4-冷端换热器；5-热端换热器；6-水力活塞泵；7-伺服电机；8-壳体；9-磁热工质；10-活塞；11-磁热工质温度传感器；12-蓄冷器温度传感器；13-第一流路通道；14-第二流路通道；15-第三流路通道；16-第四流路通道；17-第五流路通道；18-第六流路通道；19-第一单向阀；20-第一电磁阀；21-第二单向阀；22-第二电磁阀；23-第三单向阀；24-第三电磁阀；25-第四单向阀；26-第四电磁阀；27-第五单向阀；28-第六单向阀；29-第一磁热工质；30-第二磁热工质；31-第三磁热工质；32-第四磁热工质。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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，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装置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。

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。

请参阅图1，为本发明一实施方式提供的可预冷磁热工质的磁制冷系统的结构示意图，包括磁体1、磁回热器2、蓄冷器3、冷端换热器4、热端换热器5、水力活塞泵6及伺服电机7。以下详细说明各个部件的作用以及相互之间的连接关系。

所述磁体1用于提供可控变磁场。

在其中一些实施例中，所述磁体1为双层同心嵌套式磁体组，能够为磁制冷系统提供可控变磁场。所述双层同心嵌套式磁体组包括外磁体组和内磁体组。所述外磁体组和内磁体组均为中空圆柱体结构，所述内磁体组设置在外磁体组的中空圆柱体内部，所述磁回热器2设置在内磁体组的中空圆柱体内部。

可以理解，当所述外磁体组固定不动，内磁体组围绕双层同心嵌套式磁体组的中轴线旋转。通过外磁体组固定不动，内磁体组旋转，在内磁体组的中空部形成可控变磁场，能够对磁回热器进行励磁和去磁。所述磁回热器2在可控变磁场的作用下，能够为磁制冷系统产生热量和冷量。

请再参阅图1，所述磁回热器2包括壳体8和磁热工质9，所述壳体8包裹在磁热工质9外部，当磁体1对磁回热器2励磁时，磁场会通过壳体8对磁热工质9进行励磁，磁热工质9温度升高；当磁体1对磁回热器2去磁时，磁场对磁热工质9进行去磁，磁热工质9温度降低。

可以理解，磁热工质9励磁产生的热量和去磁产生的冷量均不会通过壳体8向外界释放，而是通过与换热流体进行热量和冷量交换后，由换热流体向外界释放。

在其中一些实施例中，所述壳体8为导磁绝热材料组成，优选为工程塑料。

在其中一些实施例中，所述磁热工质9为n种，n≥1的整数，即磁热工质为单一工质或者多种工质。当n>1时，n种磁热工质的居里温度各不相同，所述n种磁热工质按照磁热工质居里温度的高低顺序在回热器内部有序排列。

进一步地，磁热工质9是具有磁热效应和可调节居里温度的材料，相邻的磁热工质9之间的居里温度差值能够根据实际情况进行调整。磁热工质9为Gd基材料，和/或MnFePAs系列化合物、和/或LaFeSi基材料。优选为Gd基材料，通过在Gd基材料掺杂Er元素，能够调节Gd基材料的居里温度，而掺杂Er元素的量的不同决定了居里温度的不同。因此，不同居里温度的GdEr材料，形成了磁回热器中不同居里温度的磁热工质。

在其中一些实施例中，所述蓄冷器3是一种回热式热交换器，在低温循环中，它与热交换器的功能相同，即通过热量的交换，达到积蓄冷量的作用。

可以理解，蓄冷器3与换热流体产生热量和冷量交换。在蓄冷器3吸收冷量阶段，换热流体将冷量传递给蓄冷器3，使得蓄冷器3介质冷却，温度降低，而换热流体温度升高；在蓄冷器3释放冷量阶段，蓄冷器3将冷量传递给换热流体，使得蓄冷器3介质吸热，温度升高，而换热流体温度降低。

请再参阅图1，所述热端换热器4能够向外界释放热量，所述冷端换热器5能够向外界释放冷量，所述伺服电机7与水力活塞泵6连接，所述伺服电机7能够驱动水力活塞泵6中的活塞10移动，进而驱动磁制冷系统中换热流体的移动。

具体地，所述磁回热器2和水力活塞泵6之间并联连接六条流路通道，分别为第一流路通道13、第二流路通道14、第三流路通道15、第四流路通道16、第五流路通道17及第六流路通道18。

所述第一流路通道13的一端与所述磁回热器2一端连接，另一端与所述水力活塞泵6一端连接，所述第一流路通道13上设置有第一单向阀19、第一电磁阀20及蓄冷器3，换热流体在第一流路通道13内部的流动方向是：从所述水力活塞泵6流出，沿所述第一流路通道13再依次通过所述蓄冷器3、所述第一电磁阀20及所述第一单向阀19流入所述磁回热器2。

所述第二流路通道14的一端与所述磁回热器2一端连接，另一端与所述水力活塞泵6一端连接，所述第二流路通道14上设置有第二单向阀21、第二电磁阀22及所述蓄冷器3，换热流体在所述第二流路通道14内部的流动方向是：从所述磁回热器2流出，沿所述第二流路通道14再依次通过所述第二单向阀21、所述第二电磁阀22及所述蓄冷器3，最终流入所述水力活塞泵6。

所述第三流路通道15的一端与所述磁回热器2一端连接，另一端与所述水力活塞泵6一端连接，所述第三流路通道15上设置有第三单向阀23、第三电磁阀24及所述冷端换热器4，换热流体在所述第三流路通道15内部的流动方向是：从所述磁回热器2流出，沿第三流路通道15再依次通过所述第三单向阀23、所述第三电磁阀24及所述冷端换热器4，最终流入所述水力活塞泵6。

所述第四流路通道16的一端与所述磁回热器2一端连接，另一端与所述水力活塞泵6一端连接，所述第四流路通道16上设置第四单向阀25及第四电磁阀26，所述换热流体在所述第四流路通道16内部的流动方向是：从所述水力活塞泵6流出，沿所述第四流路通道16再依次通过所述第四电磁阀26及第四单向阀25，最终流入所述磁回热器2。

所述第五流路通道17的一端与所述磁回热器2另一端连接，所述第五流路通道17另一端与所述水力活塞泵6另一端连接，所述第五流路通道17上设置有第五单向阀27，换热流体在所述第五流路通道17内部的流动方向是从所述水力活塞泵6流出，沿所述第五流路通道17再通过所述第五单向阀27，最终流入所述磁回热器2。

所述第六流路通道18的一端与磁回热器2另一端连接，所述第六流路通道18另一端与所述水力活塞泵6另一端连接，所述第六流路通道18上设置有第六单向阀28及热端换热器5，换热流体在所述第六流路通道18内部的流动方向是：从所述磁回热器2流出，沿所述第六流路通道18依次通过所述第六单向阀28及所述热端换热器5，最终流入所述磁回热器2。

可以理解，换热流体在流路通道中流动。所述电磁阀设置在流路通道上，能够打开或者关闭，使得换热流体能够通过或者无法通过流路通道。所述流路通道为圆形中空管路，由绝热材料组成。所述单向阀能够控制换热流体的流动方向，流路通道上设有单向阀使得换热流体只能在流路通道中沿着一个方向流动。

进一步地，所述换热流体能够在磁回热器2中吸收热量和冷量，并将热量和冷量向外界传递。所述换热流体能够在蓄冷器3吸收热量和冷量，并将热量和冷量向外界传递。所述换热流体的优选例为水。

在其中一些实施例中，上述磁制冷系统还包括温度传感器，所述温度传感器包括磁热工质温度传感器11，所述磁热工质温度传感器11接近所述磁回热器2，用于监测磁热工质的温度。

在其中一些实施例中，所述温度传感器还包括蓄冷器温度传感器12，所述蓄冷器温度传感器12接近所述蓄冷器3用于监测蓄冷器3的温度。

在其中一些实施例中，还包括控制器(图未示)，所述控制器通过数据线分别与所述伺服电机7、电磁阀、所述蓄冷器温度传感器12及所述磁热工质温度传感器11连接，用于收集磁制冷系统的工作信息和向相应部件发布指令，保证磁制冷系统的正常工作运行。

上述可预冷磁热工质的磁制冷系统的运行流程包括三个阶段。

第一阶段为蓄冷器储冷阶段，该储冷阶段可以在非正式制冷工作时完成。在蓄冷器储冷阶段中，第二电磁阀22和第四电磁阀26打开，第一电磁阀20和第三电磁阀24关闭。磁体1对磁回热器2励磁，磁热工质9温度升高，并将磁热工质9热量传递至磁回热器2内部流经的换热流体。伺服电机6驱动水力活塞泵6中的活塞10向左移动，活塞10推动换热流体在第四流路通道16内部流动，并流进磁回热器2，换热流体在磁回热器2中吸热，换热流体温度升高，然后换热流体在第六流路通道18内部流动，并流进热端换热器5，换热流体将从磁热工质9中吸收的热量由热端换热器5向外界释放。

磁体1对磁回热器2去磁，磁热工质9温度降低，并将磁热工质9冷量传递至磁回热器2内部流经的换热流体。伺服电机7驱动水力活塞泵6中的活塞10向右移动，活塞10推动换热流体在第五流路通道17内部流动，并流进磁回热器2，换热流体在磁回热器2向磁热工质9放热，换热流体温度降低，然后换热流体在第二流路通道14内部流动，并流进蓄冷器3，换热流体将从磁热工质9中吸收的冷量储存在蓄冷器3内部，如此循环多次，蓄冷器3储存的冷量逐步增多，蓄冷器3介质温度降低。

当蓄冷器温度传感器12监测到蓄冷器3温度低于磁回热器2中居里温度最低磁热工质的居里温度时，蓄冷器3储存的冷量就能够满足磁制冷系统中的储冷工作要求，此时，蓄冷器3的储冷量能够实现对磁回热器2中n种不同居里温度磁热工质的降温，并且温度能够降到各自磁热工质9的居里温度点。因此，当蓄冷器温度传感器12监测到蓄冷器3温度低于磁回热器2中居里温度最低磁热工质9的居里温度时，蓄冷器3储冷阶段工作完成，磁制冷系统电磁阀全部关闭，停止运行。

第二阶段为磁制冷系统的预冷阶段：第一电磁阀20和第三电磁阀24打开，第二电磁阀20和第四电磁阀26关闭。该阶段磁回热器2不受磁场作用，即磁体不对磁回热器2进行励磁和去磁，磁回热器2仅具有回热的作用。磁制冷系统中的换热流体在活塞10的推动下在流路通道内部流动，并将蓄冷器3的冷量和热端换热器5换热后剩余的热量在磁回热器2内部与磁热工质9进行交替交换，此时由于蓄冷器3的温度很低，与热端换热器5的温差较大，通过换热流体震荡流动，使得磁回热器2能够快速形成理想温跨，即磁回热器2内部的不同种类的磁热工质的温度均在其居里温度点附近。

磁回热器2建立温跨的过程如下：伺服电机7驱动水力活塞泵6中活塞10向左移动，换热流体在蓄冷器3中吸收冷量，通过第一流路通道13进入磁回热器2，换热流体将冷量传递至磁回热器2的磁热工质9，磁热工质9温度降低；此时，伺服电机7驱动水力活塞泵6中活塞10向右移动，换热流体通过第五流路通道17进入磁回热器2换热流体将常温的热量传递至磁回热器2的磁热工质9，磁热工质9温度升高；然后通过活塞10的左右移动，换热流体反复在磁回热器2内部与磁热工质9进行冷量和热量交换，因此，在换热流体的震荡流动下，磁回热器2建立了理想温跨，即每一种磁热工质的温度均处在其居里温度点附近。

优选地，磁回热器中有4种不同居里温度磁热工质，包括第一磁热工质29、第二磁热工质30、第三磁热工质31、第四磁热工质32。磁热工质按照居里温度由低到高在磁回热器中有序排列。居里温度最低的第一磁热工质29设置在与第一流路通道13、第二流路通道14、第三流路通道15、第四流路通道16连接的磁回热器2端，居里温度最高的第四磁热工质32设置在第五流路通道17、第六流路通道18连接的磁回热器2端。

当磁热工质温度传感器11监测到第二磁热工质30和第三磁热工质31之间的温度等于或低于第二磁热工质30和第三磁热工质31居里温度的平均值时，磁回热器内部理想温跨建立完成，磁制冷系统预冷阶段工作完成。

当换热流体反复在磁回热器2内部与磁热工质9进行冷量和热量交换时，在换热流体的震荡流动下，磁回热器2中的磁工质9进行着反复吸热和放热。当磁回热器2中每种磁热工质9反复的吸热和放热时，每种磁热工质9的温度会向其居里温度接近。由于磁回热器2中磁热工质9按照居里温度由低到高在磁回热器2中有序排列，当磁热工质温度传感器11监测到第二磁热工质30和第三磁热工质31之间的温度等于或低于第二磁热工质30和第三磁热工质31居里温度的平均值时，说明换热流体在磁回热器2内部与磁热工质9进行了多次冷量和热量交换，第一磁工质的温度和第二磁工质的温度均低于第三磁热工质的居里温度，由此可知，4种磁热工质的温度均在其自身居里温度附近，磁回热器2的左端接近蓄冷器3温度，磁回热器2的右端接近热端换热器5温度。优选例，为更加准确监测每种磁工质的温度是否达到居里温度附近，增加磁热工质温度传感器11数量，用于监测每种磁工质的准确温度。当磁回热器2中每种磁工质的温度在其居里温度附近时，温跨建立，磁制冷系统的预冷工作完成。

第三阶段为磁制冷系统的制冷阶段。第三电磁阀24和第四电磁阀26打开，第一电磁阀20和第二电磁阀22关闭。在制冷阶段开始之前，磁回热器2中各种磁热工质9的温度已经在其居里温度附近，因此对磁热工质9进行励磁和去磁时，磁热效应显著，制冷量和制冷效率显著增强。

当磁体1对磁回热器2励磁时，磁回热器2温度升高，伺服电机7驱动水力活塞泵6中的活塞10向左移动，换热流体通过第四流路通道16进入磁回热器2，在磁回热器2中吸收磁热工质9释放热量，换热流体通过第六流路通道18将热量传递至热端换热器5，将在磁回热器2中吸收的热量通过热端换热器5向外界释放。

当磁体1对磁回热器2去磁时，磁回热器2温度降低，伺服电机7驱动水力活塞泵6中的活塞10向右移动，换热流体通过第五流路通道17进入磁回热器2，在磁回热器2中吸收磁热工质9释放冷量，换热流体通过第三流路通道15将冷量传递至冷端换热器4，将在磁回热器2中吸收的冷量通过冷端换热器4向外界释放。

本发明提供的可预冷磁热工质的磁制冷系统通过安装蓄冷器以及相应的蓄冷介质和流动管路，在系统正式制冷前，对磁回热器进行预冷，使磁回热器快速建立温跨；且使得磁回热器内各层磁热工质的温度接近其自身的居里温度，使得各层磁热工质均可以充分发挥磁热效应，在制冷过程中磁热工质的磁热效应显著；上述可预冷磁热工质的磁制冷系统在正式制冷时，既满足大温跨制冷，又实现了快速制冷。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，仅具体描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，包括：磁体、磁回热器、蓄冷器、冷端换热器、热端换热器、水力活塞泵及伺服电机，其中：

所述磁体用于提供可控变磁场；

所述磁回热器包括壳体和磁热工质，所述壳体包裹在磁热工质外部，当所述磁体对所述磁回热器励磁时，产生的磁场会通过所述壳体对所述磁热工质进行励磁，所述磁热工质温度升高；当所述磁体对所述磁回热器去磁时，产生的磁场对所述磁热工质进行去磁，磁热工质温度降低；

所述磁回热器和水力活塞泵之间并联连接六条流路通道，分别为第一流路通道、第二流路通道、第三流路通道、第四流路通道、第五流路通道及第六流路通道；

所述第一流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第一流路通道上设置有第一单向阀、第一电磁阀及蓄冷器，换热流体在第一流路通道内部的流动方向是：从所述水力活塞泵流出，沿所述第一流路通道再依次通过所述蓄冷器、所述第一电磁阀及所述第一单向阀流入所述磁回热器；

所述第二流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第二流路通道上设置有第二单向阀、第二电磁阀及所述蓄冷器，换热流体在所述第二流路通道内部的流动方向是：从所述磁回热器流出，沿所述第二流路通道再依次通过所述第二单向阀、所述第二电磁阀及所述蓄冷器，最终流入所述水力活塞泵；

所述第三流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第三流路通道上设置有第三单向阀、第三电磁阀及所述冷端换热器，换热流体在所述第三流路通道内部的流动方向是：从所述磁回热器流出，沿第三流路通道再依次通过所述第三单向阀、所述第三电磁阀及所述冷端换热器，最终流入所述水力活塞泵；

所述第四流路通道的一端与所述磁回热器一端连接，另一端与所述水力活塞泵一端连接，所述第四流路通道上设置第四单向阀及第四电磁阀，所述换热流体在所述第四流路通道内部的流动方向是：从所述水力活塞泵流出，沿所述第四流路通道再依次通过所述第四电磁阀及第四单向阀，最终流入所述磁回热器；

所述第五流路通道的一端与所述磁回热器另一端连接，所述第五流路通道另一端与所述水力活塞泵另一端连接，所述第五流路通道上设置有第五单向阀，换热流体在所述第五流路通道内部的流动方向是从所述水力活塞泵流出，沿所述第五流路通道再通过所述第五单向阀，最终流入所述磁回热器；

所述第六流路通道的一端与磁回热器另一端连接，所述第六流路通道另一端与所述水力活塞泵另一端连接，所述第六流路通道上设置有第六单向阀及热端换热器，换热流体在所述第六流路通道内部的流动方向是：从所述磁回热器流出，沿所述第六流路通道依次通过所述第六单向阀及所述热端换热器，最终流入所述水力活塞泵；

所述伺服电机与所述水力活塞泵连接，所述伺服电机可驱动所述水力活塞泵中的活塞移动，进而驱动磁制冷系统中换热流体的移动。

2.如权利要求1所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述磁体为双层同心嵌套式磁体组，所述双层同心嵌套式磁体组包括外磁体组和内磁体组，所述外磁体组和内磁体组均为中空圆柱体，所述内磁体组设置在外磁体组的中空圆柱体内部，所述磁回热器设置在内磁体组的中空圆柱体内部，所述外磁体组固定不动，内磁体组围绕双层同心嵌套式磁体组的中轴线旋转，通过外磁体组固定不动，内磁体组旋转，在内磁体组的中空部形成可控变磁场，能够对所述磁回热器进行励磁和去磁。

3.如权利要求2所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述磁热工质为具有磁热效应和可调节居里温度的材料。

4.如权利要求3所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述磁热工质为n种，n≥1的整数，当n>1时，n种磁热工质的居里温度各不相同，所述n种磁热工质按照磁热工质居里温度的高低顺序在回热器内部有序排列。

5.如权利要求4所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述磁热工质为Gd基材料，和/或MnFePAs系列化合物、和/或LaFeSi基材料。

6.如权利要求5所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述磁回热器内部设置4种不同居里温度的磁热工质；其中：居里温度最低的磁热工质设置在与第一流路通道、第二流路通道、第三流路通道、第四流路通道连接的磁回热器端，居里温度最高的磁热工质设置在与第五流路通道、第六流路通道连接的磁回热器端。

7.如权利要求1所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器包括磁热工质温度传感器，所述磁热工质温度传感器接近所述磁回热器，用于监测磁热工质的温度。

8.如权利要求7所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述温度传感器还包括蓄冷器温度传感器，所述蓄冷器温度传感器接近所述蓄冷器用于监测蓄冷器的温度。

9.如权利要求8所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器通过数据线分别与所述伺服电机、电磁阀、所述蓄冷器温度传感器及所述磁回热器温度传感器连接。

10.如权利要求1所述的可预冷磁热工质的磁制冷系统，其特征在于，所述蓄冷器为回热式热交换器。

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