一種用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括提供勵(lì)磁源的U型永磁體，所述U型永磁體的兩個(gè)磁極內(nèi)側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有L形內(nèi)導(dǎo)磁套，兩個(gè)磁極外側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有L形外導(dǎo)磁套，位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套和外導(dǎo)磁套于磁極頂端處緊密連接，兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套的相對(duì)面上設(shè)置有用金屬粘合劑連接的凸臺(tái)導(dǎo)磁片，所述U型永磁體內(nèi)表面鑲貼有呈U型波浪結(jié)構(gòu)的鋁合金散熱器，所述鋁合金散熱器的長(zhǎng)度方向的兩端與分別與兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁套的內(nèi)端面連接。本發(fā)明永磁體系統(tǒng)有效減少漏磁現(xiàn)象對(duì)制冷機(jī)工作的干擾，工作空氣間隙磁場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)和均勻性好，有效提高了系統(tǒng)的熱交換效率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊。
【專利說(shuō)明】一種用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁制冷機(jī)領(lǐng)域。尤其涉及一種室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)空氣環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，利用氟利昂類制冷劑來(lái)制冷的傳統(tǒng)制冷工業(yè)面臨重大挑戰(zhàn)，對(duì)傳統(tǒng)制冷機(jī)的“綠色化”節(jié)能減排成為當(dāng)今制冷業(yè)的主要課題。利用磁制冷工質(zhì)的磁熱效應(yīng)(Magnetocaloric Effect, MCE),即磁制冷工質(zhì)在絕熱退磁時(shí)從外界吸收熱量，絕熱勵(lì)磁時(shí)向外界放出熱量的現(xiàn)象可研發(fā)出往復(fù)式的室溫磁制冷機(jī)。其原理是磁工質(zhì)電子磁矩在磁場(chǎng)中的有序排列，造成磁熵降低，導(dǎo)致磁工質(zhì)發(fā)熱；磁工質(zhì)退出磁場(chǎng)后磁矩排列無(wú)序，磁熵增大，磁工質(zhì)從外界吸收熱量。這兩個(gè)過(guò)程利用卡諾循環(huán)(Carnot cycle),埃里克森循環(huán)(Ericsson cycle)、斯特林循環(huán)(Stirling cycle)以及布萊頓循環(huán)(braytoncycle)連接在一起就可以實(shí)現(xiàn)25°C?18°C的制冷效果。
[0003]室溫磁制冷機(jī)主要由勵(lì)磁源、磁工質(zhì)、導(dǎo)熱流體管和熱交換器等部分組成。目前磁制冷機(jī)工業(yè)的磁場(chǎng)源主要采用超導(dǎo)磁體和永磁體兩種形式。然而采用超導(dǎo)技術(shù)來(lái)研發(fā)制冷機(jī)并不現(xiàn)實(shí)，因其技術(shù)難度大且超導(dǎo)材料價(jià)格昂貴、維護(hù)難度大等缺點(diǎn)，故利用此技術(shù)的磁制冷機(jī)還停留在理論研究階段。隨著材料工業(yè)的發(fā)展，新型超強(qiáng)永磁材料陸續(xù)問(wèn)世，利用永磁體來(lái)研發(fā)室溫磁制冷機(jī)難度相對(duì)減小，且其經(jīng)濟(jì)性好，已于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、批量化生產(chǎn)。
[0004]但目前國(guó)內(nèi)利用永磁體技術(shù)制成的室溫磁制冷機(jī)存在著各種各樣的缺陷與問(wèn)題，概括起來(lái)主要包括以下三點(diǎn):
1.永磁體內(nèi)部氣隙場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度不均勻，使制冷系統(tǒng)換熱效率低。
[0005]2.室溫磁制冷機(jī)普遍存在漏磁現(xiàn)象，導(dǎo)致磁利用率不高。
[0006]3.磁工質(zhì)盒在永磁體內(nèi)部氣隙場(chǎng)中散熱緩慢且困難，降低制冷系統(tǒng)的熱利用率與換熱效率。
[0007]4.永磁體內(nèi)部氣隙場(chǎng)間隙小，永磁體磁場(chǎng)系統(tǒng)加工難度大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱性能好、散熱性能高、漏磁少的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括提供勵(lì)磁源的U型永磁體，所述U型永磁體的兩個(gè)磁極內(nèi)側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有L形內(nèi)導(dǎo)磁套，兩個(gè)磁極外側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有L形外導(dǎo)磁套，位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套和外導(dǎo)磁套于磁極頂端處緊密連接，兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套的相對(duì)面上設(shè)置有用金屬粘合劑連接的凸臺(tái)導(dǎo)磁片，所述U型永磁體內(nèi)表面鑲貼有呈U型波浪結(jié)構(gòu)的鋁合金散熱器，所述鋁合金散熱器的長(zhǎng)度方向的兩端與分別與兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁套的內(nèi)端面連接，寬度與U型永磁體寬度相同，所述鋁合金散熱器能嵌入U(xiǎn)型永磁體內(nèi)側(cè)底部與之形成過(guò)盈配合固定于U型永磁體中。所述鋁合金散熱器每個(gè)波峰的波幅尺寸大小與內(nèi)導(dǎo)磁套位于磁極內(nèi)側(cè)處的厚度相同，避免磁工質(zhì)盒在空隙中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。
[0010]進(jìn)一步地，位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片之間的間隙為18 mm _22mm。
[0011]進(jìn)一步地，位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片的表面粗糙度的輪廓算術(shù)平均偏差Ra取值為0.05。
[0012]進(jìn)一步地，位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片的平行度為0.03-0.06。
[0013]進(jìn)一步地，所述凸臺(tái)導(dǎo)磁片的長(zhǎng)度與內(nèi)導(dǎo)磁套相同，寬度比內(nèi)導(dǎo)磁套小，以更利于磁場(chǎng)的集中。
[0014]進(jìn)一步地，位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套和外導(dǎo)磁套于磁極頂端處通過(guò)由金屬粘合劑連接的導(dǎo)磁片緊密連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述的U型永磁體的材料采用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)15
[0016]進(jìn)一步地，所述內(nèi)導(dǎo)磁套和外導(dǎo)磁套及凸臺(tái)導(dǎo)磁片、導(dǎo)磁片均為工業(yè)純鐵，導(dǎo)磁性好，成本低。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本新型設(shè)計(jì)優(yōu)化了一般室溫磁制冷機(jī)的磁場(chǎng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了室溫磁制冷機(jī)的磁場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了一般磁制冷機(jī)所具有的嚴(yán)重漏磁現(xiàn)象。此外，鑲嵌在永磁體的散熱片有效地加快了系統(tǒng)的散熱，讓磁制冷機(jī)的熱利用率和換熱效率更高。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的立體示意圖。
[0020]圖3為U型波浪散熱片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為普通磁制冷機(jī)的磁系統(tǒng)及磁場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的磁系統(tǒng)及磁場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標(biāo)號(hào)與名稱如下:1-U型永磁體；2_外導(dǎo)磁套；3_導(dǎo)磁片；4_內(nèi)導(dǎo)磁套；5_凸臺(tái)導(dǎo)磁片；6-U型波浪散熱片。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0025]如圖1至圖3所示，一種用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括提供勵(lì)磁源的U型永磁體I,所述U型永磁體I的兩個(gè)磁極內(nèi)側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有起導(dǎo)磁左右的L形內(nèi)導(dǎo)磁套4，兩個(gè)磁極外側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有起導(dǎo)磁左右的L形外導(dǎo)磁套2，位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2于磁極頂端處緊密連接，兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套4的相對(duì)面上設(shè)置有用金屬粘合劑連接的凸臺(tái)導(dǎo)磁片5，所述U型永磁體I內(nèi)表面鑲貼有呈U型波浪結(jié)構(gòu)的鋁合金散熱器6 (見(jiàn)圖3)，所述鋁合金散熱器6的長(zhǎng)度方向的兩端與分別與兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁套4的內(nèi)端面連接，寬度與U型永磁體I寬度相同，所述鋁合金散熱器6每個(gè)波峰的波幅尺寸大小與內(nèi)導(dǎo)磁套4位于磁極內(nèi)側(cè)處的厚度相同。
[0026]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套4上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片5之間的間隙為18 mm -22mm。
[0027]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套4上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片5的表面粗糙度的輪廓算術(shù)平均偏差Ra取值為0.05。
[0028]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套4上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片5的平行度為0.03-0.06，本實(shí)施例為0.05。
[0029]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，所述凸臺(tái)導(dǎo)磁片5的長(zhǎng)度與內(nèi)導(dǎo)磁套4相同，寬度比內(nèi)導(dǎo)磁套4小。
[0030]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2于磁極頂端處通過(guò)由金屬粘合劑連接的導(dǎo)磁片3緊密連接。
[0031]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，所述的U型永磁體I的材料采用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)0
[0032]作為進(jìn)一步的實(shí)施例，所述內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2及凸臺(tái)導(dǎo)磁片5、導(dǎo)磁片3均為工業(yè)純鐵。
[0033]相比普通磁制冷機(jī)的磁系統(tǒng)(見(jiàn)圖4)，所述內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2分別于U型永磁體I的N、S極端相配合；突出的兩凸臺(tái)導(dǎo)磁片5互相平行，疊成突出平臺(tái)結(jié)構(gòu)形成狹窄的可調(diào)節(jié)的工作空氣間隙，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效地將磁感線集中在U型永磁體I中的空隙中，大大減少了漏磁現(xiàn)象，時(shí)磁場(chǎng)分布更加均勻(見(jiàn)圖5);所述的U型波浪散熱片6能與U型永磁體I空隙末端相配合，其表面為波浪形結(jié)構(gòu)，以此增大散熱面積，加大散熱效率，其整體厚度與內(nèi)導(dǎo)磁套4相同，避免了磁工質(zhì)盒在間隙中運(yùn)動(dòng)的干涉現(xiàn)象。所述的永磁體為稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)永磁體；所述的導(dǎo)磁體套筒為工業(yè)純鐵(Fe)，導(dǎo)磁性好。
[0034]實(shí)施例中的鋁合金散熱器6嵌入U(xiǎn)型永磁體I底部?jī)?nèi)側(cè)與之形成過(guò)盈配合固定于U型永磁體I中。U型永磁體I上下兩端各開(kāi)有螺紋孔,所述內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2也各開(kāi)有螺紋孔，位于同一磁極的內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2通過(guò)若干導(dǎo)磁片3用金屬粘合劑連接起來(lái)，如此便能適合不同尺寸大小的U型永磁體I。此外，通過(guò)螺釘連接將內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2與U型永磁體I緊密連接在一起防止導(dǎo)磁套與永磁體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)永磁系統(tǒng)以中心水平軸線對(duì)稱。
[0035]本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2、U型波浪散熱片6以及凸臺(tái)導(dǎo)磁片5的設(shè)計(jì)上，為了讓U型永磁體I間隙的磁場(chǎng)集中且減少漏磁，內(nèi)外導(dǎo)磁套凸臺(tái)表面精度高且互相平行。此外，內(nèi)導(dǎo)磁套4和外導(dǎo)磁套2通過(guò)若干導(dǎo)磁片連接的設(shè)計(jì)以便于適用于不同尺寸大小的永磁體并確保了其配合精度。U型波浪散熱片6設(shè)計(jì)成波浪形，增大了 U型波浪散熱片6與U型永磁體I中空氣的接觸面積，從而增大了換熱效率。U型永磁體I系統(tǒng)內(nèi)的間隙大小與其內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，通過(guò)凸臺(tái)導(dǎo)磁片5與內(nèi)導(dǎo)磁套4的連接，能調(diào)整U型永磁體I系統(tǒng)內(nèi)部間隙的大小，以適合不同尺寸規(guī)格的磁工質(zhì)盒，而且還減少U型永磁體I的加工難度了。
[0036]本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括提供勵(lì)磁源的U型永磁體(I)，其特征在于:所述U型永磁體(I)的兩個(gè)磁極內(nèi)側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有L形內(nèi)導(dǎo)磁套(4)，兩個(gè)磁極外側(cè)對(duì)稱地平行設(shè)置有L形外導(dǎo)磁套(2)，位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套(4)和外導(dǎo)磁套(2)于磁極頂端處緊密連接，兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套(4)的相對(duì)面上設(shè)置有用金屬粘合劑連接的凸臺(tái)導(dǎo)磁片(5 )，所述U型永磁體(I)內(nèi)表面鑲貼有呈U型波浪結(jié)構(gòu)的鋁合金散熱器(6 )，所述鋁合金散熱器(6)的長(zhǎng)度方向的兩端與分別與兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)磁套(4)的內(nèi)端面連接，寬度與U型永磁體(I)寬度相同，所述鋁合金散熱器(6 )每個(gè)波峰的波幅尺寸大小與內(nèi)導(dǎo)磁套(4)位于磁極內(nèi)側(cè)處的厚度相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套(4)上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片(5)之間的間隙為18 mm -22mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套(4 )上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片(5 )的表面粗糙度的輪廓算術(shù)平均偏差Ra取值為0.05。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:位于兩個(gè)所述內(nèi)導(dǎo)磁套(4)上的凸臺(tái)導(dǎo)磁片(5)的平行度為0.03-0.06。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述凸臺(tái)導(dǎo)磁片(5)的長(zhǎng)度與內(nèi)導(dǎo)磁套(4)相同，寬度比內(nèi)導(dǎo)磁套(4)小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:位于同一磁極上的內(nèi)導(dǎo)磁套(4)和外導(dǎo)磁套(2)于磁極頂端處通過(guò)由金屬粘合劑連接的導(dǎo)磁片(3)緊密連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的U型永磁體(I)的材料采用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)15
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于室溫磁制冷機(jī)的高效磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)導(dǎo)磁套(4)和外導(dǎo)磁套(2)及凸臺(tái)導(dǎo)磁片(5)、導(dǎo)磁片(3)均為工業(yè)純鐵。
【文檔編號(hào)】F25B21/00GK104409190SQ201410701223
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】黃偉康, 張景峰, 王惜慧, 曾健 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)