CN1242228C - 一种磁制冷机的磁制冷装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁制冷机的磁制冷装置，包括工作盒本体，片状磁制冷复合材料块，以及可以让换热流体通过的间隙，片状磁制冷复合材料块由工作盒本体上的凹槽固定，该片状磁制冷复合材料块是由导热能力强的两片金属薄片以及夹装于其中间的磁制冷材料粉末层组成。本发明提供了一种当换热流体通过时，不会直接与脆性金属间化合物类磁制冷材料接触和碰撞，避免了磁制冷材料逐步粉碎，以及换热能力强，工作效率高的磁制冷装置。
Description
技术领域：
本发明涉及一种磁制冷机的磁制冷装置，所属技术领域为制冷领域，特别是基于磁热效应的磁制冷机上的磁制冷装置。
背景技术：
材料的磁热效应是磁制冷机的物理基础。材料进入磁场后升温或降温，而退出磁场降温或升温，利用传热介质与磁制冷材料进行热交换即可以达到制热或制冷的目的。用于磁制冷机的磁制冷材料称为磁制冷工质。它不仅应该具有高的磁熵变，而且要具有良好的换热效率。传统的低温磁制冷机或器具所采用的磁制冷工质是由0.1～0.5mm的球形颗粒组合而成，该磁制冷工质与氦气或氮气能够进行有效的热交换，同时球形颗粒之间所形成的间隙又不会阻碍气体的流动。美国专利US5593517和US5332029披露了用于制冷机的球形的制冷工质的制作方法，它们用于低温磁制冷机是有效的。用于室温附近的磁制冷机的磁制冷工质现在一般采用稀土金属钆，美国Ames实验室和美国航天实验室在US5934078披露了主动式往复式磁制冷机中使用金属钆球形颗粒作为磁制冷工质，用水与其进行热交换的工艺过程。同时在US5743095中Ames实验室阐述了用于主动磁制冷机的Gd-Si-Ge系列合金的特点，它不仅可以用于低温磁制冷机，也可以用于室温磁制冷机。公开号为CN1323913A的中国专利申请披露了用于室温区磁制冷工质的一种具有大磁熵变的稀土-铁基化合物，这些化合物是以稀土元素为基体的金属间化合物。它们一般为脆性物质，容易在外力的作用下被粉碎。将这些金属间化合物制成粒状作为磁制冷工质用于磁制冷机的磁制冷装置中与水进行热交换能够达到制热或制冷的目的。在室温磁制冷机中，磁制冷材料放置在磁制冷装置的工作盒体内，水流的进出口用金属丝网阻挡。磁制冷工质的粒度必须保持大于丝网的孔径，才能保证该颗粒状工质材料在工作盒内不会被水流冲走。现有发明所采用的磁制冷工质均为脆性的金属间化合物，在磁制冷机工作过程中，水流的速度较大，一般大于0.5M/S。随着磁制冷机的工作频率的加大，水流速度越大。由于水流的冲击，磁制冷材料颗粒之间，磁制冷材料与盒体之间会发生相互碰撞，这样容易造成颗粒材料的进一步的粉碎。如果尺寸下降到小于或等于丝网的孔径，材料就会被水冲出工作盒，这样使磁制冷材料的质量越来越少，最终会造成磁制冷机工作效率下降，甚至会使磁制冷机停止工作。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种当换热流体通过时，不会直接与脆性的金属间化合物类磁制冷材料接触和碰撞，避免使其逐步粉碎，换热流体的通过能力强，换热流体与磁制冷材料的换热能力强、工作效率高的磁制冷装置。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，包括两端开口的工作盒本体，其特征在于：在该工作盒本体内设置有至少一个以上的片状磁制冷复合材料块；该片状磁制冷复合材料块相互平行且形成有至少一个以上的顺着换热流体流动方向并且可以让换热流体流过的间隙；该片状磁制冷复合材料块是由导热能力强的两片金属薄片以及位于其中间磁制冷粉末层所构成，该金属薄片四周边沿凸起，中间凹下，两金属薄片四周边沿密封连接，使中间形成空腔，该磁制冷材料粉末层夹装于该空腔内；在该工作盒本体内开设有顺着换热流体流动方向，至少一个以上的用于分隔和固定片状磁制冷复合材料块的凹槽。
本发明的磁制冷原理是采用片状磁制冷复合材料块作为换热元件，需要制冷换热时，换热流体通过磁制冷材料粉末夹装于由导热能力强的两片金属薄片组成的磁制冷复合材料块实现制冷换热功能。在制冷换热过程中，从而避免了换热流体直接接触和碰撞磁制冷材料粉末，解决了脆性和粒状磁制冷材料在磁制冷机中使用时受到换热流体的冲击而逐步粉碎的问题。由于片状磁制冷复合材料块之间有足够的间隙，换热流体的通过能力强；由于片状磁制冷复合材料块采用有两片导热能力强的金属薄片且其中夹装有足够的磁致冷粉末材料，因此磁制冷机的工作效率高，换热能力强。
本发明的片状磁制冷复合材料块1是由厚度为0.02mm～0.1mm导热能力强的金属片如紫铜片或铝片的左片2和右片3，以及由左片2和右片3形成的中间空腔5内的磁制冷材料合金粉末层4组成，磁制冷复合材料块1的厚度为0.1～2mm。磁制冷机一个工作盒本体7的外形尺寸根据磁制冷机实际设计确定。采用模具成型左片2和右片3，模具型腔的深度为0.1～0.9mm，模具型腔深度可调。成型左片2和右片3的四周边沿宽度均为5mm，将磁制冷材料合金粉末层4装入空腔5后振动并压平，用专用工装密封连接。在磁制冷复合材料块1的一端边沿上预留一个φ0.1～1mm的小孔6用于抽气，使其内部压力达到不大于3Pa，形成真空，最后将小孔6密封。然后将边沿剪切至与工作盒本体的凹槽8相适应的尺寸，便制成了片状磁制冷复合材料块1。磁制冷材料合金粉末层4可以采用Gd-Si-Ge系列合金粉末，也可以采用其它类型的磁制冷粉末材料。这些粉末系采用破碎方法成为60～200目。抽真空的目的，在于去除空气，并使磁制冷粉末层4与左片2和右片3压紧，从而保证材料的导热性，由左片2和右片3的体积与磁制冷粉末层4的体积比小于10％，对磁制冷粉末层4在磁场中的绝热温变的影响不大于10％，但是磁制冷材料发热的总热量没有损失。工作盒本体7的壁厚为1～2mm，在工作盒本体7一边加工一系列相互平行的凹槽8，凹槽8之间的间距为0.11～2.5mm，用于分隔和固定片状磁制冷复合材料块1，凹槽8宽0.1～1mm，深0.5～1mm，将片状磁制冷复合材料块1插入凹槽8中，片状磁制冷复合材料块1相互之间形成的间隙9的宽度为0.01～0.5mm。这样磁制冷材料粉末层4的体积占有率约为工作盒本体7的(60～80)％。在工作盒本体7端部开口处，固定有一挡片10，以防止片状磁制冷复合材料块1沿着换热流体流动的方向发生位移。
本发明的优点是换热流体的通过能力强，工作效率高，换热能力强，整个磁制冷装置安装在磁制冷机的循环往复机构上，其安装、拆卸和更换十分方便，有利于批量生产。
附图说明：
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
图1为片状磁制冷复合材料块结构图。
图2为磁制冷装置结构图。
图3为片状磁制冷复合材料块与工作盒本体装配关系图。
1复合材料块 2左片 3右片 4合金粉末层
5空腔 6小孔 7工作盒本体 8凹槽
9间隙 10挡片
具体实施方式：
根据图1，片状磁制冷复合材料块1是由厚度为0.02mm紫铜片的左片2和右片3以及位于其中间空腔5内的Gd-Si-Ge合金粉末层4组成，其磁制冷复合材料块1的厚度为0.64mm。针对磁制冷机的一个工作盒本体7，其尺寸为长×宽×高＝80mm×20mm×30mm，采用冲压模具成型紫铜左片2和紫铜右片3，该冲压模具的型腔深度为0.3mm，模具型腔深度可调。模具凹模型腔尺寸为28mm×80mm，成形后的紫铜左片2和右片3的四周边沿宽度均为5mm，将Gd-Si-Ge合金粉末层4装入空腔5后振动并压平，用热压法将两张紫铜片左片2和右片3的边沿通过熔化后的锡焊合在一起，在磁制冷复合材料块1的一端边沿上预留一个φ0.5mm的小孔6用于抽气，然后将其置入真空度不大于3Pa的一真空箱内保持不少于4分钟，用点状热压头将小孔6焊接牢后，将边沿剪切至1mm便制成了片状磁制冷复合材料块1。该Gd-Si-Ge合金粉末层4可以采用Gd5Si2Ge2合金粉末或Gd5Si4合金粉末，也可以采用其它类型的磁制冷粉末材料。这些粉末系先破碎后用球磨机粉磨成60～200目。
根据图2和图3，工作盒本体7的壁厚为1mm，加工一系列相互平行的凹槽8，凹槽8之间的间距为0.8mm，用于分隔和固定片状磁制冷复合材料块1，凹槽8深0.5mm，宽0.15mm，将片状磁制冷复合材料块1插入凹槽8中，片状磁制冷复合材料块1相互之间形成的间隙9为0.16mm。这样磁制冷材料粉末层4的体积占有率约为工作盒本体7的70％左右。在工作盒本体7端部开口处，固定有一挡片10，以防止片状磁制冷复合材料块1沿着换热流体流动的方向发生位移。
Claims (10)
1、一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，包括两端开口的工作盒本体，其特征在于：在该工作盒本体内设置有至少一个以上的片状磁制冷复合材料块；该片状磁制冷复合材料块相互平行且形成有至少一个以上的顺着换热流体流动方向并且可以让换热流体流过的间隙；该片状磁制冷复合材料块是由导热能力强的两片金属薄片以及夹装于其中间的磁制冷材料粉末层所组成，该金属薄片四周边沿凸起，中间凹下，该两片金属薄片四周凸起的边沿密封连接，其中间形成空腔，该磁制冷材料粉末层位于该空腔内；在该工作盒本体内开设有顺着换热流体流动方向，至少一个以上的用于分隔和固定片状磁制冷复合材料块的凹槽。
2、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于该片状磁制冷复合材料块的厚度为0.1～2mm。
3、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于所述的金属薄片为0.02～0.1mm厚的紫铜片。
4、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于所述的金属薄片为0.02～0.1mm厚的铝片。
5、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于该片状磁制冷复合材料块中的空腔为真空。
6、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于该凹槽之间的间距为0.11～2.5mm。
7、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于所述的磁制冷粉末为Gd-Si-Ge合金粉末。
8、根据权利要求7所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于该Gd-Si-Ge合金粉末为60～200目的Gd5Si2Ge2合金粉末。
9、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于该间隙的宽度为0.01～0.5mm。
10、根据权利要求1所述的一种用于磁制冷机上的磁制冷装置，其特征在于所述的工作盒本体的两端固定连接有可防止片状磁制冷复合材料块沿着换热流体流动方向发生位移的挡片。
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