CN114909817B - 一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种回热式热磁‑磁热耦合制冷系统及方法，系统包括永磁体、回热式热磁开关、回热式制冷床、磁轭组件、高温热源、常温热汇和流体驱动装置；回热式热磁开关内热磁材料按照居里温度从高到低由热端到冷端依次填充；永磁体、回热式热磁开关、回热式制冷床通过磁轭组件连接，形成磁路；回热式热磁开关被常温热汇冷却至居里温度以下，磁路导通，回热式制冷床被磁化；回热式热磁开关吸收高温热源的热量，被加热至居里温度以上，磁路断开，回热式制冷床被退磁，热交换流体通过流体驱动装置将回热式制冷床的冷量传递给低温热源。本发明通过主动回热的方式，能够高效利用高温热源的热量，实现热驱动磁制冷。

Description

一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法

技术领域

本发明属于制冷与空调领域，具体涉及一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法。

背景技术

蒸气压缩制冷循环是目前全球采用最为广泛的制冷技术，但是蒸气压缩制冷系统中大量使用的氟氯烃、氟代烃等制冷剂对环境及气候的破坏作用十分明显，这些制冷剂在国际组织的约束下正在逐渐被替代。

室温磁制冷技术是一种基于磁热效应的新型制冷技术，磁热效应是一种在变化磁场下磁性材料磁矩有序性发生变化而产生的热现象，涉及到磁工质内部的相变，对应的熵变及潜热即可用于制冷或热泵。磁热工质为固体，无毒、无温室效应、不破化臭氧层，因此室温磁制冷是一种可替代蒸气压缩制冷的新型绿色制冷技术。目前的磁制冷技术中广泛采用永磁体作为磁场源，根据永磁体和磁热工质的运动形式将磁制冷系统分为往复型和旋转型，往复运动或者旋转通过电机等机械设备实现，从而使磁工质被周期性的磁化或退磁，因此磁制冷系统中额外引入了机械运动部件，但是，机械运动部件一方面限制了磁制冷系统的运行频率，另一方面由于需要经常维护而降低了整个系统的可靠性。

热磁效应是磁热效应的逆过程，当热磁材料被加热至居里温度以上时，材料发生从铁磁态到顺磁态的转变，磁导率降低，当热磁材料被冷却至居里温度以下时，其从顺磁态又转变为铁磁态，磁导率急剧增大。如果通过导磁材料将永磁体、热磁材料以及磁热工质串联成一个磁路系统，则冷却热磁材料时，磁路系统导通，永磁体发出的磁通通过磁热工质，磁热工质被磁化；加热热磁材料时，磁路系统断开，永磁体发出的磁通无法通过磁工质，磁工质被退磁。因此可以把热磁材料看成是一个由热驱动的磁路开关，通过周期性地加热和冷却热磁材料实现磁路的“通”和“断”，从而控制磁热材料周期性被磁化和退磁。这种热磁-磁热耦合制冷循环使用热磁材料取代了传统磁制冷系统中的机械运动部件。

公开号为CN111238078A的中国专利公开了一种使用热声驱动的磁制冷系统，该系统利用热声发动机驱动液体换热介质和热磁材料的换热以及液体换热介质和磁热材料的换热，由热磁材料在居里温度附近的相变来实现磁路周期性“通”、“断”，使磁热材料周期性磁化和退磁，进而实现制冷。但该系统对于外界热量的利用并不高效，由于液体换热介质与热磁材料在换热过程中温度逐渐降低或升高，产生温度梯度，使得一部分热磁材料相变不完全，无法实现磁路的“通”或“断”；另一方面，该系统在换热过程中，从热磁材料和磁热材料中经过的热交换流体的流量始终相同，当流量较小时，热磁材料无法完全相变；当流量较大时，磁热材料的回热损失较大，系统温差小。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中热磁材料无法相变完全以及热磁材料和磁热材料所需热交换流体流量不一致的问题，提供一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统及方法，利用由热量驱动相变的热磁材料作为磁路开关，磁路开关由几种具有不同居里温度的热磁材料构成，并通过主动回热的方式更加高效的利用来自高温热源的热量，保证热磁材料能够完全相变；通过流体驱动装置分别控制流经热磁材料和磁热材料的热交换流体的流量，从而保证热磁材料与热交换流体充分换热的同时，磁热材料能够为系统提供更大的温差。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统，包括：

回热式热磁开关，由几种具有不同居里温度的热磁材料填充构成，并且从热端到冷端热磁材料的居里温度依次由高到低设置；

回热式制冷床，由一种磁热材料或几种具有不同居里温度的磁热材料填充构成，采用几种具有不同居里温度的磁热材料填充时从热端到冷端居里温度依次由高到低设置；

永磁体，用于作为磁通的来源；

磁轭组件，用于连接永磁体、回热式热磁开关以及回热式制冷床构成磁路系统；

高温热源，温度高于回热式热磁开关热端材料的居里温度；

常温热汇，温度低于回热式热磁开关冷端材料的居里温度；

低温热源，由回热式制冷床为其提供冷量；

流体驱动装置，用于使热交换流体周期性的在回热式热磁开关与回热式制冷床之间流动，使回热式热磁开关被周期性的加热和冷却，回热式制冷床被周期性的磁化和退磁。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述回热式热磁开关的热端与高温热源连接，回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接；所述回热式制冷床的热端与常温热汇连接，回热式制冷床的冷端与低温热源连接。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的磁路系统包括相位差为180°的两套磁路系统，当其中一套磁路系统导通时，另一套磁路系统断开。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的回热式热磁开关以及回热式制冷床设置两组，通过流体驱动装置驱动热交换流体往复地在两组回热式热磁开关以及回热式制冷床的冷热两端流动，使得两套磁路系统交替完成制冷；通过管道将两个回热式热磁开关的热端与高温热源连接，两个回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的热端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的冷端与低温热源连接。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，两套磁路系统中的第一磁路系统为由第一回热式热磁开关、第一磁轭组件、永磁体、第二磁轭组件、第一回热式制冷床以及第三磁轭组件端部依次相接形成的一个回路；第二磁路系统为由第二回热式热磁开关、第四磁轭组件、第二回热式制冷床、第二磁轭组件、永磁体以及第一磁轭组件端部依次相接形成的另一个回路；所述的永磁体、第一磁轭组件以及第二磁轭组件为两套磁路系统共有。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，当所述的第一回热式热磁开关被加热，第一回热式制冷床被退磁的同时，第二回热式热磁开关被冷却，第二回热式制冷床被磁化，在此过程中，所述的第一磁路系统完成制冷工作；当所述的第一回热式热磁开关被冷却，第一回热式制冷床被磁化的同时，第二回热式热磁开关被加热，第二回热式制冷床被退磁，在此过程中，所述的第二磁路系统完成制冷工作。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的永磁体为一个永磁体或并联的多个永磁体，所述的磁轭组件采用软磁材料制成。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的流体驱动装置包括双向泵以及采用单管设计的管道系统，通过两个双向泵驱动热交换流体在回热式热磁开关、回热式制冷床的冷热两端往复流动，通过双向泵的流路切换使得两套磁路系统交替完成制冷工作，热交换流体在两套磁路系统分别完成制冷工作时流向相反。

作为本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统的一种优选方案，所述的流体驱动装置包括单向泵、三通阀以及采用双管设计的管道系统，所述常温热汇设置有两个；

将两个单向泵分别布置在高温热源出口和低温热源出口处，将第一三通阀布置在第一单向泵的出口处，第五三通阀布置在第二单向阀的出口处，将第二三通阀布置在高温热源的入口处，第六三通阀布置在低温热源的入口处，第一常温热汇的进出口分别与第四三通阀和第三三通阀相连，第二常温热汇的进出口分别与第八三通阀和第七三通阀相连；所述第一三通阀的另外两端分别与两组回热式热磁开关的热端进口相连，第二三通阀的另外两端分别与两组回热式热磁开关的热端出口相连，第三三通阀的另外两端分别与两组回热式热磁开关的冷端进口相连，第四三通阀的另外两端分别与两组回热式热磁开关的冷端出口相连，第五三通阀的另外两端分别与两组回热式制冷床的冷端进口相连，第六三通阀的另外两端分别与两组回热式制冷床的冷端出口相连，第七三通阀的另外两端分别与两组回热式制冷床的热端进口相连，第八三通阀的另外两端分别与两组回热式制冷床的热端出口相连。

一种所述回热式热磁-磁热耦合制冷系统的制冷方法，包括：

通过所述的流体驱动装置使热交换流体周期性的从高温热源经回热式热磁开关的热端向冷端流动并最终回到常温热汇，完成热交换流体从高温热源吸热、回热式热磁开关内部回热的过程；在该过程中，回热式热磁开关内的热磁材料被加热到各自居里温度以上，从铁磁态转变为顺磁态，磁导率降低，磁通无法通过，回热式热磁开关处于打开状态，磁路断开，从而使得位于该磁路上的回热式制冷床被退磁，此时流体驱动装置驱动热交换流体从常温热汇经回热式制冷床的热端向冷端流动并最终回到低温热源，完成了热交换流体从低温热源吸热，回热式制冷床内部回热的过程；

通过所述的流体驱动装置使热交换流体周期性的从常温热汇经回热式热磁开关的冷端向热端流动并最终回到高温热源，完成热交换流体向常温热汇放热、回热式热磁开关内部回热的过程，在该过程中，回热式热磁开关内的热磁材料被冷却到各自居里温度以下，从顺磁态转变为铁磁态，磁导率增大，磁通能够通过，回热式热磁开关处于闭合状态，磁路导通，从而使得位于该磁路上的回热式制冷床被磁化，此时流体驱动装置驱动热交换流体从低温热源经回热式制冷床的冷端向热端流动并最终回到常温热汇，完成了热交换流体向常温热汇放热，回热式制冷床内部回热的过程。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

本发明使用几种具有不同居里温度的热磁材料制备回热式热磁开关，通过热驱动磁路的“通”、“断”，使回热式制冷床周期性的被磁化和退磁，减少了机械运动部件的使用，提高了制冷系统的可靠性。通过回热的形式减小回热式热磁开关从高温热源吸收的热量，提高热量的利用效率。被冷却对象作为低温热源，其温度低于回热式制冷床相变温度。位于回热式热磁开关热端材料的居里温度高于冷端材料的居里温度，从回热式热磁开关的热端到冷端，热磁材料按照居里温度由高到低依次填充，使居里温度梯度方向和系统运行时回热式热磁开关自身温度梯度方向一致，保证回热式热磁开关内部各个位置的热磁材料在和热交换流体换热时，相变完全。通过流体驱动装置分别调节热交换流体流经回热式热磁开关和回热式制冷床时的流量，使得回热式热磁开关中热交换流体能够与其充分换热，回热式制冷床中的流量适当，并通过回热的形式提高回热式制冷床的系统温差，即保证了热磁材料相变完全的同时提高磁制冷系统温差。本发明系统结构设计合理，易于实施。

附图说明

图1A为实施例采用双向泵、两套磁路系统、单个永磁体的回热式热磁-磁热耦合制冷系统在第一磁路系统断开、第二磁路系统导通、第一回热式制冷床被退磁、第二回热式制冷床被磁化、第一回热式热磁开关被加热、第二回热式热磁开关被冷却的热交换流体流动示意图。

图1B为实施例采用双向泵、两套磁路系统、单个永磁体的回热式热磁-磁热耦合制冷系统在第一磁路系统导通、第二磁路系统断开、第一回热式制冷床被磁化、第二回热式制冷床被退磁、第一回热式热磁开关被冷却、第二回热式热磁开关被加热的热交换流体流动示意图。

图2A为实施例采用单向泵、三通阀、两套磁路系统、单个永磁体、两个常温热汇的回热式热磁-磁热耦合制冷系统在第一磁路系统断开、第二磁路系统导通、第一回热式制冷床被退磁、第二回热式制冷床被磁化、第一回热式热磁开关被加热、第二回热式热磁开关被冷却的热交换流体流动示意图。

图2B为实施例采用单向泵、三通阀、两套磁路系统、单个永磁体、两个常温热汇的回热式热磁-磁热耦合制冷系统在第一磁路系统导通、第二磁路系统断开、第一回热式制冷床被磁化、第二回热式制冷床被退磁、第一回热式热磁开关被冷却、第二回热式热磁开关被加热的热交换流体流动示意图。

图3A为实施例采用单向泵、三通阀、两套磁路系统、两个永磁体、两个常温热汇的回热式热磁-磁热耦合制冷系统在第一磁路系统断开、第二磁路系统导通、第一回热式制冷床被退磁、第二回热式制冷床被磁化、第一回热式热磁开关被加热、第二回热式热磁开关被冷却的热交换流体流动示意图。

图3B为实施例采用单向泵、三通阀、两套磁路系统、两个永磁体、两个常温热汇的回热式热磁-磁热耦合制冷系统在第一磁路系统导通、第二磁路系统断开、第一回热式制冷床被磁化、第二回热式制冷床被退磁、第一回热式热磁开关被冷却、第二回热式热磁开关被加热的热交换流体流动示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明提出的一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统，设计原则如下：

由几种具有不同居里温度的热磁材料制备回热式热磁开关，将居里温度高的热磁材料填充于回热式热磁开关的热端，将居里温度低的热磁材料填充于回热式热磁开关的冷端，使回热式热磁开关自身的温度梯度与热磁材料的居里温度梯度方向一致；

由一种磁热材料或几种具有不同居里温度的磁热材料制备回热式制冷床，当使用几种不同居里温度的磁热材料时，将居里温度高的磁热材料填充于回热式制冷床的热端，将居里温度低的磁热材料填充于回热式制冷床的冷端，使回热式制冷床自身的温度梯度与磁热材料的居里温度梯度方向一致；

使用永磁体作为磁通的来源，并通过磁轭组件依次连接永磁体、回热式热磁开关、回热式制冷床，构成磁路系统；

设置高温热源、常温热汇、低温热源并连接，高温热源的温度高于回热式热磁开关热端材料的居里温度，常温热汇的温度低于回热式热磁开关冷端材料的居里温度；

将回热式热磁开关的热端与高温热源连接，回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接，回热式制冷床的热端与常温热汇连接，回热式制冷床的冷端与低温热源连接；

通过流体驱动装置使热交换流体周期性的在回热式热磁开关与回热式制冷床之间流动，回热式热磁开关被高温热源加热至居里温度以上，磁路断开，磁通无法通过磁路，位于该磁路中的回热式制冷床被退磁，从低温热源吸热，回热式热磁开关被常温热汇冷却至居里温度以下，磁路导通，位于该磁路中的回热式制冷床被磁化，向常温热汇放热。

在一种可能的实施方式中，本发明回热式热磁-磁热耦合制冷系统包括回热式热磁开关、回热式制冷床、永磁体、磁轭组件、高温热源、常温热汇、低温热源以及流体驱动装置。

所述的回热式热磁开关由几种具有不同居里温度的热磁材料填充构成，回热式热磁开关热端到冷端填充的热磁材料的居里依次温度由高到低；所述的回热式制冷床由一种磁热材料或几种具有不同居里温度的磁热材料填充构成，当使用几种磁热材料时，回热式制冷床热端到冷端填充的磁热材料的居里温度依次由高到低；所述的磁轭组件用于连接永磁体、回热式热磁开关、回热式制冷床并构成磁路系统；所述高温热源的温度高于回热式热磁开关热端材料的居里温度；所述常温热汇的温度低于回热式热磁开关冷端材料的居里温度；所述的流体驱动装置包括泵、阀和管路系统，用于使热交换流体周期性的在回热式热磁开关与回热式制冷床之间流动；回热式制冷床通过回热式热磁开关控制其磁化和退磁。

为了实现回热，流体驱动装置使热交换流体周期性的从高温热源经回热式热磁开关热端向冷端流动并最终回到常温热汇，完成了换热流体从高温热源吸热、回热式热磁开关内部回热的过程，在该过程中，回热式热磁开关内的热磁材料被加热到各自居里温度以上，从铁磁态转变为顺磁态，磁导率很低，磁通无法通过，回热式热磁开关处于打开状态，磁路断开，从而使得位于该磁路上的回热式制冷床被退磁，此时流体驱动装置驱动热交换流体从常温热汇经回热式制冷床热端向冷端流动并最终回到低温热源，完成了换热流体从低温热源吸热，回热式制冷床内部回热的过程。流体驱动装置使热交换流体周期性的从常温热汇经回热式热磁开关冷端向热端流动并最终回到高温热源，完成热交换流体向常温热汇放热、回热式热磁开关内部回热的过程，在该过程中，回热式热磁开关内的热磁材料被冷却到各自居里温度以下，从顺磁态转变为铁磁态，磁导率急剧增大，磁通通过，回热式热磁开关处于闭合状态，磁路导通，从而使得位于该磁路上的回热式制冷床被磁化，此时流体驱动装置驱动热交换流体从低温热源经回热式制冷床冷端向热端流动并最终回到常温热汇，完成了热交换流体向常温热汇放热，回热式制冷床内部回热的过程。所述流体驱动装置中包括两个泵，两个泵独立运行，可以分别调节热交换流体流经回热式热磁开关和回热式制冷床时的流量。

为了防止磁通泄漏，磁路系统包括两套磁路系统，两套磁路系统相对设置，相位差为180°，磁通周期性的通过两套磁路系统，当其中一套磁路系统导通时，另一套磁路系统断开。

通过流体驱动装置驱动热交换流体往复地在两组回热式热磁开关以及回热式制冷床的冷热两端流动，使得两套磁路系统交替完成制冷工作。通过管道将两个回热式热磁开关的热端与高温热源连接，两个回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的热端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的冷端与低温热源连接。

两套磁路系统中的回热式热磁开关被交替加热和冷却，回热式制冷床被交替磁化和退磁，为了提高磁路中的磁通量，永磁体组件可以使用一个永磁体或多个永磁体并联设置。

流体驱动装置的管道可以采用单管设计，通过两个双向泵驱动热交换流体在回热式热磁开关、回热式制冷床的冷热两端往复流动，双向泵的流路切换使得两套磁路系统交替完成制冷工作，单管中热交换流体在两组磁路系统分别完成制冷工作时流向相反。为了减少流体流动中的死体积，流体驱动装置的管道也可以采用双管设计，通过单向泵与三通阀控制热交换流体在管道中的单向流动以及在回热式热磁开关、回热式制冷床冷热两端的往复流动。

如图1A所示，回热式热磁-磁热耦合制冷系统中包括了两组回热式热磁开关、两组回热式制冷床、永磁体、磁轭组件、高温热源、常温热汇、低温热源、双向泵以及管道。

第一回热式热磁开关101-1、第一回热式制冷床102-1、永磁体103通过第一磁轭组件104-1、第二磁轭组件104-2、第三磁轭组件104-3构成第一磁路系统1；第二回热式热磁开关101-2、第二回热式制冷床102-2、永磁体103通过第一磁轭组件104-1、第二磁轭组件104-2、第四磁轭组件104-4构成第二磁路系统2，流体驱动装置则由两个双向泵和管道构成。

如图1A所示，通过第一双向泵108-1驱动来自高温热源105的热交换流体流经第一回热式热磁开关101-1的热端，经过第一回热式热磁开关101-1冷端流向常温热汇106，第一回热式热磁开关101-1被高温热源105加热至居里温度以上，第一磁路断开，第一回热式制冷床102-1被退磁，其内部的磁热材料温度降低，通过第二双向泵108-2驱动常温热汇106的热交换流体从第一回热式制冷床102-1热端向冷端流动，最终流向低温热源107，从低温热源107吸热，产生冷量，同时，来自常温热汇106的热交换流体流经第二回热式热磁开关101-2的冷端，经过第二回热式热磁开关101-2的热端流向高温热源105，第二回热式热磁开关101-2被冷却至居里温度以下，第二磁路导通，第二回热式制冷床102-2被磁化，其内部的磁热材料温度升高，来自低温热源107的热交换流体从第二回热式制冷床102-2冷端向热端流动，最终流向常温热汇106，向常温热汇106释放热量。

图1B描述了该系统布置的下半个循环周期，即双向泵108驱动热交换流体反向流动，热交换流体自常温热汇106经第一回热式热磁开关101-1冷端流向热端，最终流向高温热源105，第一回热式热磁开关101-1被冷却至居里温度以下，第一磁路导通，第一回热式制冷床102-1被磁化，其内部的磁热材料温度升高，来自低温热源107的热交换流体经第一回热式制冷床102-1冷端至热端流向常温热汇106，向常温热汇106释放热量，同时，来自高温热源105的热交换流体经第二回热式热磁开关101-2热端流向冷端，最终流向常温热汇106，第二回热式热磁开关101-2被加热至居里温度以上，第二磁路断开，第二回热式制冷床102-2被退磁，其内部的磁热材料温度降低，来自常温热汇106的热交换流体经第二回热式制冷床102-2热端至冷端流向低温热源107，从低温热源107吸热，产生冷量。

图1A和图1B中采用的是单管设计，热交换流体在管道中是双向往复流动的，很容易在换热过程中形成死体积，造成更大的回热损失。如图2A和图2B所示，热交换流体在管道中的流动均为单向流动，通过两个单向泵110、八个三通阀109的切换来控制热交换流体在回热式热磁开关101和回热式制冷床102中的流动方向。

在图2A中，第一回热式热磁开关101-1断开，第一回热式制冷床102-1处于退磁状态，第二回热式热磁开关101-2闭合，第二回热式制冷床102-2处于磁化状态，第一单向泵110-1驱动来自高温热源105的热交换流体流经第一三通阀109-1、第一回热式热磁开关101-1、第四三通阀109-4、第一常温热汇106-1、第三三通阀109-3、第二回热式热磁开关101-2、第二三通阀109-2后重新回到高温热源105，第二单向泵110-2驱动来自低温热源107的热交换流体流经第五三通阀109-5、第二回热式制冷床102-2、第八三通阀109-8、第二常温热汇106-2、第七三通阀109-7、第一回热式制冷床102-1、第六三通阀109-6后重新回到低温热源107，将冷量带给低温热源107；在图2B中，回热式热磁开关101、回热式制冷床102的状态和图2A相反，第一单向泵110-1驱动来自高温热源105的热交换流体流经第一三通阀109-1、第二回热式热磁开关101-2、第四三通阀109-4、第一常温热汇106-1、第三三通阀109-3、第一回热式热磁开关101-1、第二三通阀109-2后重新回到高温热源105，第二单向泵110-2驱动来自低温热源107的热交换流体流经第五三通阀109-5、第一回热式制冷床102-1、第八三通阀109-8、第二常温热汇106-2、第七三通阀109-7、第一回热式制冷床102-1、第六三通阀109-6后重新回到低温热源107，将冷量带给低温热源107。

图1A、图1B、图2A、图2B均采用单个永磁体103作为磁场的来源。回热式制冷床102被磁化时，温度升高，回热式制冷床102被退磁时，温度降低，回热式制冷床在变化磁场下的温度变化与磁场的大小正相关，当磁路中的磁通越大时，回热式制冷床102的制冷效果越好。因此可以采用多个永磁体103并联的方式增加磁路中的磁通。图3A和图3B是采用两个永磁体103并联作为磁场来源的一个本发明的具体实施例。在图3A中，第一回热式热磁开关101-1断开，第一磁路断开，第二回热式热磁开关101-2闭合，第二磁路导通，来自第一永磁体103-1和第二永磁体103-2的磁通经过磁轭组件104后磁化第二回热式制冷床102-2，第一回热式制冷床102-1退磁，第一单向泵110-1驱动来自高温热源105的热交换流体流经第一三通阀109-1、第一回热式热磁开关101-1、第四三通阀109-4、第一常温热汇106-1、第三三通阀109-3、第二回热式热磁开关101-2、第二三通阀109-2后重新回到高温热源105，第二单向泵110-2驱动来自低温热源107的热交换流体流经第五三通阀109-5、第二回热式制冷床102-2、第八三通阀109-8、第二常温热汇106-2、第七三通阀109-7、第一回热式制冷床102-1、第六三通阀109-6后重新回到低温热源107，将冷量带给低温热源107；在图3B中，第一回热式热磁开关101-1闭合，第一磁路导通，第二回热式热磁开关101-2断开，第二磁路断开，来自第一103-1和第二永磁体103-2的磁通经过磁轭组件104后磁化第一回热式制冷床102-1，第二回热式制冷床102-2退磁，第一单向泵110-1110驱动来自高温热源105的热交换流体流经第一三通阀109-1、第二回热式热磁开关101-2、第四三通阀109-4、第一常温热汇106-1106、第三三通阀109-3、第一回热式热磁开关101-1、第二三通阀109-2后重新回到高温热源105，第二单向泵110-2驱动来自低温热源107的热交换流体流经第五三通阀109-5、第一回热式制冷床102-1、第八三通阀109-8、第二常温热汇106-2、第七三通阀109-7、第一回热式制冷床102-1、第六三通阀109-6后重新回到低温热源107，将冷量带给低温热源107。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，包括：

回热式热磁开关，由几种具有不同居里温度的热磁材料填充构成，并且从热端到冷端热磁材料的居里温度依次由高到低设置；

回热式制冷床，由一种磁热材料或几种具有不同居里温度的磁热材料填充构成，采用几种具有不同居里温度的磁热材料填充时从热端到冷端居里温度依次由高到低设置；

永磁体，用于作为磁通的来源；

磁轭组件，用于连接永磁体、回热式热磁开关以及回热式制冷床构成磁路系统；

高温热源，温度高于回热式热磁开关热端材料的居里温度；

常温热汇，温度低于回热式热磁开关冷端材料的居里温度；

低温热源，由回热式制冷床为其提供冷量；

流体驱动装置，用于使热交换流体周期性的在回热式热磁开关与回热式制冷床之间流动，使回热式热磁开关被周期性的加热和冷却，回热式制冷床被周期性的磁化和退磁；

所述回热式热磁开关的热端与高温热源连接，回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接；所述回热式制冷床的热端与常温热汇连接，回热式制冷床的冷端与低温热源连接；

所述的磁路系统包括相位差为180°的两套磁路系统，当其中一套磁路系统导通时，另一套磁路系统断开。

2.根据权利要求1所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述的回热式热磁开关以及回热式制冷床设置两组，通过流体驱动装置驱动热交换流体往复地在两组回热式热磁开关以及回热式制冷床的冷热两端流动，使得两套磁路系统交替完成制冷；通过管道将两个回热式热磁开关的热端与高温热源连接，两个回热式热磁开关的冷端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的热端与常温热汇连接，两个回热式制冷床的冷端与低温热源连接。

3.根据权利要求2所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述两套磁路系统中的第一磁路系统（1）为由第一回热式热磁开关（101-1）、第一磁轭组件（104-1）、永磁体、第二磁轭组件（104-2）、第一回热式制冷床（102-1）以及第三磁轭组件（104-3）端部依次相接形成的一个回路；第二磁路系统（2）为由第二回热式热磁开关（101-2）、第四磁轭组件（104-4）、第二回热式制冷床（102-2）、第二磁轭组件（104-2）、永磁体以及第一磁轭组件（104-1）端部依次相接形成的另一个回路；所述的永磁体、第一磁轭组件（104-1）以及第二磁轭组件（104-2）为两套磁路系统共有。

4.根据权利要求3所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，当所述的第一回热式热磁开关（101-1）被加热，第一回热式制冷床（102-1）被退磁的同时，第二回热式热磁开关（101-2）被冷却，第二回热式制冷床（102-2）被磁化，在此过程中，所述的第一磁路系统（1）完成制冷工作；当所述的第一回热式热磁开关（101-1）被冷却，第一回热式制冷床（102-1）被磁化的同时，第二回热式热磁开关（101-2）被加热，第二回热式制冷床（102-2）被退磁，在此过程中，所述的第二磁路系统（2）完成制冷工作。

5.根据权利要求3所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述的永磁体为一个永磁体或并联的多个永磁体，所述的磁轭组件采用软磁材料制成。

6.根据权利要求1所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述的流体驱动装置包括双向泵以及采用单管设计的管道系统，通过两个双向泵驱动热交换流体在回热式热磁开关、回热式制冷床的冷热两端往复流动，通过双向泵的流路切换使得两套磁路系统交替完成制冷工作，热交换流体在两套磁路系统分别完成制冷工作时流向相反。

7.根据权利要求1所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统，其特征在于，所述的流体驱动装置包括单向泵、三通阀以及采用双管设计的管道系统，所述常温热汇设置有两个；

将两个单向泵分别布置在高温热源出口和低温热源出口处，将第一三通阀（109-1）布置在第一单向泵（110-1）的出口处，第五三通阀（109-5）布置在第二单向泵（110-2）的出口处，将第二三通阀（109-2）布置在高温热源（105）的入口处，第六三通阀（109-6）布置在低温热源（107）的入口处，第一常温热汇（106-1）的进出口分别与第四三通阀（109-4）和第三三通阀（109-3）相连，第二常温热汇（106-2）的进出口分别与第八三通阀（109-8）和第七三通阀（109-7）相连；第一三通阀（109-1）的另外两端分别与两组回热式热磁开关的热端进口相连，第二三通阀（109-2）的另外两端分别与两组回热式热磁开关的热端出口相连，第三三通阀（109-3）的另外两端分别与两组回热式热磁开关的冷端进口相连，第四三通阀（109-4）的另外两端分别与两组回热式热磁开关的冷端出口相连，第五三通阀（109-5）的另外两端分别与两组回热式制冷床的冷端进口相连，第六三通阀（109-6）的另外两端分别与两组回热式制冷床的冷端出口相连，第七三通阀（109-7）的另外两端分别与两组回热式制冷床的热端进口相连，第八三通阀（109-8）的另外两端分别与两组回热式制冷床的热端出口相连。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的回热式热磁-磁热耦合制冷系统的制冷方法，其特征在于，包括：

通过所述的流体驱动装置使热交换流体周期性的从高温热源经回热式热磁开关的热端向冷端流动并最终回到常温热汇，完成热交换流体从高温热源吸热、回热式热磁开关内部回热的过程；在该过程中，回热式热磁开关内的热磁材料被加热到各自居里温度以上，从铁磁态转变为顺磁态，磁导率降低，磁通无法通过，回热式热磁开关处于打开状态，磁路断开，从而使得位于该磁路上的回热式制冷床被退磁，此时流体驱动装置驱动热交换流体从常温热汇经回热式制冷床的热端向冷端流动并最终回到低温热源，完成了热交换流体从低温热源吸热，回热式制冷床内部回热的过程；

通过所述的流体驱动装置使热交换流体周期性的从常温热汇经回热式热磁开关的冷端向热端流动并最终回到高温热源，完成热交换流体向常温热汇放热、回热式热磁开关内部回热的过程，在该过程中，回热式热磁开关内的热磁材料被冷却到各自居里温度以下，从顺磁态转变为铁磁态，磁导率增大，磁通能够通过，回热式热磁开关处于闭合状态，磁路导通，从而使得位于该磁路上的回热式制冷床被磁化，此时流体驱动装置驱动热交换流体从低温热源经回热式制冷床的冷端向热端流动并最终回到常温热汇，完成了热交换流体向常温热汇放热，回热式制冷床内部回热的过程。