CN218787638U - 一种磁制冷组件和磁制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种磁制冷组件和磁制冷系统，涉及磁制冷技术领域，解决了现有技术中磁制冷组件采用往复式运动结构，易产生振动和噪声，且所需磁铁体积较大的技术问题。该磁制冷组件包括磁工质组件和磁组件，磁工质组件包括第一基体和磁工质单元，磁工质单元两两相对设置于第一基体内侧；磁组件包括第二基体和磁质件，第二基体和磁质件依次交错以围设为环型结构，磁组件可转动设置于磁工质组件的内腔中且两者之间具有工作气隙。每个磁工质单元会经历周期规律性的加磁和退磁过程，利用海尔贝克阵列式的磁路设计将磁组件进行轻量化设计，所需的磁铁的体积更小，工作气隙减少了磁组件与磁工质之间的振动碰撞，减少了噪声。

Description

一种磁制冷组件和磁制冷系统

技术领域

本实用新型涉及磁制冷技术领域，尤其是涉及一种磁制冷组件和磁制冷系统。

背景技术

磁制冷技术是一种绿色环保制冷技术，比传统气体压缩技术更加低碳环保，效率更高，可靠性高，符合国家节能减碳要求，有广泛的应用前景。磁制冷是利用磁性材料在外加磁场变化下产生的磁热效应来制冷的一种新型制冷技术。它以磁性材料作为制冷工质，基于固体-流体换热技术进行热量的输送和转移，比传统气体压缩技术更加低碳环保，效率更高，可靠性高，符合国家节能减碳要求，有广泛的应用前景。

近些年来，随着对室温磁制冷材料的研究，取得了重要的进展，多种重要的室温制冷材料被发现和制造，很大程度上提升了室温磁制冷系统的效率，但在室温磁制冷的研究中，外磁化场的设计也是关键因素，磁制冷系统中外磁化场相对于磁工质运动，使磁工质与外磁场相对运动时，对其进行磁化，退磁，若工作气隙处磁通密度越大，磁场强度变化越大，磁热效应越显著，制冷效果越明显。

目前，磁制冷组件主要为往复式运动结构，往复式指外磁场静止，磁工质在驱动机构作用下，相对于磁场做往复运动，随着磁工质的进出于磁场，引起磁热效应，形成制冷循环，磁工质相对于磁组运动，能量损耗较高，磁组要实现高场强需要的磁铁体积大，无法实现小型化，而且往复式移动所需的运动部件较多，会造成大幅振动及噪声。另外，外磁化场多使用电磁铁和超导磁体，电磁铁和超导磁铁两种方式结构复杂且成本昂贵。

因此，如何解决现有技术中磁制冷组件采用往复式运动结构，易产生振动和噪声，且所需磁铁体积较大的技术问题，已成为本领域人员需要解决的重要技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁制冷组件和磁制冷系统，解决了现有技术中磁制冷组件采用往复式运动结构，易产生振动和噪声，且所需磁铁体积较大的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的磁制冷组件，包括：磁工质组件，所述磁工质组件包括第一基体和磁工质单元，所述第一基体为环型结构，所述磁工质单元两两相对设置于所述第一基体的内侧；磁组件，所述磁组件包括第二基体和磁质件，所述第二基体和所述磁质件依次交错设置，以围设为环型结构，所述第二基体两两相对设置，且所述磁质件两两相对设置；

其中，所述磁组件可转动设置于所述磁工质组件的内腔中，且所述磁组件与所述磁工质组件的内侧面之间具有工作气隙。

进一步地，当所述磁组件对一对所述磁工质单元进行充磁时，所述第二基体与所述磁工质单元相对设置，且所述磁质件对称设置于所述磁工质单元的两侧，所述磁质件的磁极方向朝向所述磁工质单元。

进一步地，当所述磁组件对一对所述磁工质单元进行退磁时，所述第二基体与所述磁工质单元相对设置，且所述磁质件对称设置于所述磁工质单元的两侧，所述磁质件的磁极方向偏离所述磁工质单元。

进一步地，磁极方向朝向相同且对同一所述磁工质单元进行充磁的两个所述磁质件的外端向外倾斜相远离设置，且所述磁质件对所述磁工质单元的充磁方向向内倾斜相靠近设置。

进一步地，所述第二基体的材质为电工纯铁，且所述磁质件的材质为钕铁硼永磁体。

进一步地，所述第一基体的材质为电工纯铁，且所述磁工质单元的材质为稀土磁制冷材料。

进一步地，所述磁工质单元、所述磁质件、所述第二基体的数量相等，所述磁工质单元、所述磁质件和所述第二基体设置有四个。

进一步地，所述第二基体和所述磁质件之间的连接为粘接，所述粘接的介质为环氧结构胶。

本实用新型提供的磁制冷系统，包括上述的磁制冷组件、驱动机构和热传导机构，所述磁组件与所述驱动机构相传动连接，所述磁工质组件与所述热传导机构相连接。

本实用新型相较于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型提供的磁制冷组件，通过将磁组件套设在磁工质组件的内腔中，所述磁工质组件包括第一基体和磁工质单元，所述第一基体为环型结构，所述磁工质单元两两相对设置于所述第一基体的内侧。所述磁组件包括第二基体和磁质件，所述第二基体和所述磁质件依次交错设置，以围设为环型结构，所述第二基体两两相对设置，且所述磁质件两两相对设置。所述磁组件可转动设置于所述磁工质组件的内腔中，且所述磁组件与所述磁工质组件的内侧面之间具有工作气隙。磁工质组件位置固定，磁组件能够与外部的驱动机构相传动连接，磁组件在磁工质的内腔中进行连续转动，磁组件上的第二基体和磁质件的组合能够分别与各个磁工质单元相转动对应，每个磁工质单元会经历周期规律性的加磁和退磁过程，参照图，箭头标识方向为磁组件对磁工质单元的充磁方向。相邻的每组磁工质单元之间具有相位差，且磁工质单元、第二基体以及磁质件设置时均两两相对设置，同一时刻，与磁组件的充磁方向相对应的磁工质单元组合，磁熵减小，温度上升，放出热量，经历加磁放热阶段，可利用热传导机构的导热媒介将磁工质单元的热量带走，并且与磁组件的充磁方向相偏离的磁工质单元组合经历退磁制冷阶段，此过程中消耗内能，磁工质单元的温度下降从外界吸收热量，通过导热媒介，磁工质单元从低温热源吸热，实现制冷效果，两个阶段均能在磁组件的连续转动过程中进行。磁工质单元通过第一基体相分隔设置，磁质件通过第二基体相分隔设置，本实用新型利用海尔贝克阵列式的磁路设计，能够将磁组件进行轻量化设计，在实现相同场强充磁效果的情况下，所需的磁铁的体积更小，而且，磁组件与磁工质组件之间具有工作气隙，能够提供充足的转动空间，相互不接触，损耗小，极大地减少了磁组件与磁工质之间的振动碰撞，减少了噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的磁制冷组件的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的磁制冷组件的正视图；

图3是本实用新型实施例提供的磁工质组件的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的磁组件的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的磁工质组件和磁组件之间的磁力线分布示意图。

图中1-磁工质组件；2-磁组件；3-第一基体；4-磁工质单元；5-第二基体；6-磁质件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型的目的在于提供一种磁制冷组件和磁制冷系统，解决了现有技术中磁制冷组件采用往复式运动结构，易产生振动和噪声，且所需磁铁体积较大的技术问题。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

下面结合具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

实施例1：

参照图1-5，本实施例提供的磁制冷组件包括磁工质组件1和磁组件2，磁工质组件1包括第一基体3和磁工质单元4，第一基体3为环型的柱状结构，磁工质单元4两两相对设置于第一基体3的内侧，即磁工质单元4以第一基体3为依托，架设在磁组件2的外侧周向。磁组件2包括第二基体5和磁质件6，第二基体5和磁质件6依次交错设置，以拼接围设为环型柱状结构，形成高场强的磁路组合，即第二基体5和磁质件6均可为块状结构，第二基体5和磁质件6以第二基体5、磁质件6、第二基体5、磁质件6的顺序依次进行拼装，从而形成环型柱状结构，第二基体5两两相对设置，且磁质件6两两相对设置，以便于使一侧的第二基体5和磁质件6对一侧的磁工质单元4进行充磁或退磁作用时，相对侧的第二基体5和磁质件6同时对另一侧的磁工质单元4进行同步的充磁或退磁作用。磁组件2可转动设置于磁工质组件1的内腔中，且磁组件2与磁工质组件1的内侧面之间具有工作气隙，如此设置，磁工质组件1位置固定，磁组件2能够与外部的驱动机构相传动连接，磁组件2在磁工质的内腔中进行连续转动，磁组件2上的第二基体5和磁质件6的组合能够分别与各个磁工质单元4相转动对应，每个磁工质单元4会经历周期规律性的加磁和退磁过程，参照图，箭头标识方向为磁组件2对磁工质单元4的充磁方向。相邻的每组磁工质单元4之间具有相位差，且磁工质单元4、第二基体5以及磁质件6设置时均两两相对设置，同一时刻，与磁组件2的充磁方向相对应的磁工质单元4组合，磁熵减小，温度上升，放出热量，经历加磁放热阶段，可利用热传导机构的导热媒介将磁工质单元4的热量带走，并且与磁组件2的充磁方向相偏离的磁工质单元4组合经历退磁制冷阶段，此过程中消耗内能，磁工质单元4的温度下降从外界吸收热量，通过导热媒介，磁工质单元4从低温热源吸热，实现制冷效果，两个阶段均能在磁组件2的连续转动过程中进行。磁工质单元4通过第一基体3相分隔设置，磁质件6通过第二基体5相分隔设置，本实用新型利用海尔贝克阵列(Halbach)式的磁路设计，能够将磁组件2进行轻量化设计，在实现相同场强充磁效果的情况下，所需的磁铁的体积更小，而且，磁组件2与磁工质组件1之间具有工作气隙，能够提供充足的转动空间，相互不接触，损耗小，极大地减少了磁组件2与磁工质之间的振动碰撞，减少了噪声，解决了现有技术中磁制冷组件采用往复式运动结构，易产生振动和噪声，且所需磁铁体积较大的技术问题。

实施例2：

参照图2和图5，本实施例在实施例1的基础上，对磁制冷组件的具体结构进行了进一步地限定。磁制冷组件包括磁工质组件1和磁组件2，磁工质组件1包括第一基体3和磁工质单元4，第一基体3为环型结构，磁工质单元4两两相对设置于第一基体3的内侧；磁组件2包括第二基体5和磁质件6，第二基体5和磁质件6依次交错设置，以围设为环型结构，第二基体5两两相对设置，且磁质件6两两相对设置；磁组件2可转动设置于磁工质组件1的内腔中，且磁组件2与磁工质组件1的内侧面之间具有工作气隙。其中，当磁组件2对一对磁工质单元4进行充磁时，第二基体5与磁工质单元4相对设置，且磁质件6对称设置于磁工质单元4的两侧，磁质件6的磁极方向朝向磁工质单元4，如此设置，能够使第二基体5两侧的磁质件6的磁感线更多更密集地并列穿设在对应的磁工质单元4处，能够极大地增加磁工质单元4与磁组件2之间的磁场强度，磁场强度能够达到1.5特斯拉。

参照图2和图5，作为本实用新型实施例可选地实施方式，当磁组件2对一对磁工质单元4进行退磁时，第二基体5与磁工质单元4相对设置，磁质件6对称设置于磁工质单元4的两侧，且磁质件6的磁极方向偏离磁工质单元4，即磁质件6的磁力线极少甚至不会作用在需要退磁的此对磁工质单元4上，如此设置，在磁组件2的转动过程中，第二基体5和磁质件6会相对于此对磁工质单元4进行偏离转动，对应磁工质单元4处的磁力线逐渐消失，此过程中消耗内能，磁工质单元4的温度下降从外界吸收热量。

参照图2和图5，作为本实用新型实施例可选地实施方式，磁极方向朝向相同且对同一磁工质单元4进行充磁的两个磁质件6的外端向外倾斜相远离设置，且磁质件6对磁工质单元4的充磁方向向内倾斜相靠近设置，即磁质件6对磁工质单元4进行斜向充磁，能够使两侧磁质件6的磁力线聚集至对应的磁工质单元4的位置处，且能够并列穿设在磁工质单元4处，能够形成更强的磁场强度。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，第二基体5的材质为电工纯铁，纯度高，具有较好的电磁性能，且磁质件6的材质为钕铁硼永磁体，钕铁硼具有极高的磁能积和矫顽力，且具有较高的能量密度，即磁组件2通过电工纯铁和钕铁硼永磁体相拼装结合形成高场强磁路组合，相比于现有技术中的电磁铁和超导磁体，本实用新型使用钕铁硼永磁体与电工纯铁进行拼装，结构简单，且磁铁的使用体积较小。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，第一基体3的材质为电工纯铁，且磁工质单元4的材质为稀土磁制冷材料，即稀土磁制冷材料能够以电工纯铁为依托，稀土磁制冷材料可设置多对，磁组件2对某一对稀土磁制冷材料进行充磁时，另外与磁组件2的充磁方向相偏离的稀土磁制冷材料则处于退磁过程，稀土磁制冷材料是指以磁性材料为工质的制冷材料，即稀土磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时，从外界吸取热量，达到制冷目的。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，磁工质单元4、磁质件6、第二基体5的数量相等，磁工质单元4、磁质件6和第二基体5设置有四个，如此设置，磁质件6和第二基体5依次进行拼装，以便使每个磁工质单元4与第二基体5相对时，磁工质单元4的两侧均可布设有两个磁质件6进行设置，以进行有效的充磁操作。并且磁工质单元4、磁质件6和第二基体5设置有四个，磁工质单元4在第一基体3上呈90°间隔设置，磁质件6分设在第二基体5的两侧第二基体5也可呈90°设置，各个磁质件6上下对称且左右对称，各个第二基体5上下对称且左右对称，能够进行周期性的充磁和退磁操作。

作为本实用新型实施例可选地实施方式，第二基体5和磁质件6之间的连接为粘接，粘接的介质为环氧结构胶，具有极佳的粘接粘附性能，使第二基体5和磁质件6之间的拼接更加牢固。

实施例3：

参照图1-5，本实施例提供的磁制冷系统，包括上述的磁制冷组件、驱动机构和热传导机构，磁组件2与驱动机构相传动连接，驱动机构可以但不限于为电机或液压缸，磁工质组件1与热传导机构相连接，如此设置，驱动机构能够带动磁组件2在磁工质组件1的内腔内进行连续转动，磁组件2上的第二基体5和磁质件6的组合能够分别与各个磁工质单元4相转动对应，每个磁工质单元4会经历周期规律性的加磁和退磁过程，相邻的每组磁工质单元4之间具有相位差，且磁工质单元4、第二基体5以及磁质件6设置时均两两相对设置，同一时刻，与磁组件2的充磁方向相对应的磁工质单元4组合，磁熵减小，温度上升，放出热量，经历加磁放热阶段，可利用热传导机构的导热媒介将磁工质单元4的热量带走，并且与磁组件2的充磁方向相偏离的磁工质单元4组合经历退磁制冷阶段，此过程中消耗内能，磁工质单元4的温度下降从外界吸收热量，通过导热媒介，磁工质单元4从低温热源吸热，实现制冷效果，两个阶段均能在磁组件2的连续转动过程中进行。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种磁制冷组件，其特征在于，包括：

磁工质组件(1)，所述磁工质组件(1)包括第一基体(3)和磁工质单元(4)，所述第一基体(3)为环型结构，所述磁工质单元(4)两两相对设置于所述第一基体(3)的内侧；

磁组件(2)，所述磁组件(2)包括第二基体(5)和磁质件(6)，所述第二基体(5)和所述磁质件(6)依次交错设置，以围设为环型结构，所述第二基体(5)两两相对设置，且所述磁质件(6)两两相对设置；

其中，所述磁组件(2)可转动设置于所述磁工质组件(1)的内腔中，且所述磁组件(2)与所述磁工质组件(1)的内侧面之间具有工作气隙。

2.根据权利要求1所述的磁制冷组件，其特征在于，当所述磁组件(2)对一对所述磁工质单元(4)进行充磁时，所述第二基体(5)与所述磁工质单元(4)相对设置，且所述磁质件(6)对称设置于所述磁工质单元(4)的两侧，所述磁质件(6)的磁极方向朝向所述磁工质单元(4)。

3.根据权利要求1所述的磁制冷组件，其特征在于，当所述磁组件(2)对一对所述磁工质单元(4)进行退磁时，所述第二基体(5)与所述磁工质单元(4)相对设置，且所述磁质件(6)对称设置于所述磁工质单元(4)的两侧，所述磁质件(6)的磁极方向偏离所述磁工质单元(4)。

4.根据权利要求2所述的磁制冷组件，其特征在于，磁极方向朝向相同且对同一所述磁工质单元(4)进行充磁的两个所述磁质件(6)的外端向外倾斜相远离设置，且所述磁质件(6)对所述磁工质单元(4)的充磁方向向内倾斜相靠近设置。

5.根据权利要求1所述的磁制冷组件，其特征在于，所述第二基体(5)的材质为电工纯铁，且所述磁质件(6)的材质为钕铁硼永磁体。

6.根据权利要求1所述的磁制冷组件，其特征在于，所述第一基体(3)的材质为电工纯铁，且所述磁工质单元(4)的材质为稀土磁制冷材料。

7.根据权利要求1所述的磁制冷组件，其特征在于，所述磁工质单元(4)、所述磁质件(6)、所述第二基体(5)的数量相等，所述磁工质单元(4)、所述磁质件(6)和所述第二基体(5)设置有四个。

8.根据权利要求1所述的磁制冷组件，其特征在于，所述第二基体(5)和所述磁质件(6)之间的连接为粘接，所述粘接的介质为环氧结构胶。

9.一种磁制冷系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的磁制冷组件、驱动机构和热传导机构，所述磁组件(2)与所述驱动机构相传动连接，所述磁工质组件(1)与所述热传导机构相连接。

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