一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構的製作方法

2023-05-18 21:58:16 2

一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，包括提供勵磁源的U型永磁體，所述U型永磁體的兩個磁極內側對稱地平行設置有L形內導磁套，兩個磁極外側對稱地平行設置有L形外導磁套，位於同一磁極上的內導磁套和外導磁套於磁極頂端處緊密連接，兩個所述內導磁套的相對面上設置有用金屬粘合劑連接的凸臺導磁片，所述U型永磁體內表面鑲貼有呈U型波浪結構的鋁合金散熱器，所述鋁合金散熱器的長度方向的兩端與分別與兩個內導磁套的內端面連接。本發明永磁體系統有效減少漏磁現象對制冷機工作的幹擾，工作空氣間隙磁場強度強和均勻性好，有效提高了系統的熱交換效率，結構簡單，緊湊。
【專利說明】一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構

【技術領域】
[0001]本發明涉及磁製冷機領域。尤其涉及一種室溫磁製冷機的高效磁場結構。

【背景技術】
[0002]我國空氣環境質量問題日趨嚴峻，利用氟利昂類製冷劑來製冷的傳統製冷工業面臨重大挑戰，對傳統制冷機的「綠色化」節能減排成為當今製冷業的主要課題。利用磁製冷工質的磁熱效應(Magnetocaloric Effect, MCE),即磁製冷工質在絕熱退磁時從外界吸收熱量，絕熱勵磁時向外界放出熱量的現象可研發出往復式的室溫磁製冷機。其原理是磁工質電子磁矩在磁場中的有序排列，造成磁熵降低，導致磁工質發熱；磁工質退出磁場後磁矩排列無序，磁熵增大，磁工質從外界吸收熱量。這兩個過程利用卡諾循環(Carnot cycle),埃裡克森循環(Ericsson cycle)、斯特林循環(Stirling cycle)以及布萊頓循環(braytoncycle)連接在一起就可以實現25°C?18°C的製冷效果。
[0003]室溫磁製冷機主要由勵磁源、磁工質、導熱流體管和熱交換器等部分組成。目前磁製冷機工業的磁場源主要採用超導磁體和永磁體兩種形式。然而採用超導技術來研發制冷機並不現實，因其技術難度大且超導材料價格昂貴、維護難度大等缺點，故利用此技術的磁製冷機還停留在理論研究階段。隨著材料工業的發展，新型超強永磁材料陸續問世，利用永磁體來研發室溫磁製冷機難度相對減小，且其經濟性好，已於實現工業化、批量化生產。
[0004]但目前國內利用永磁體技術製成的室溫磁製冷機存在著各種各樣的缺陷與問題，概括起來主要包括以下三點:
1.永磁體內部氣隙場磁場強度不均勻，使製冷系統換熱效率低。
[0005]2.室溫磁製冷機普遍存在漏磁現象，導致磁利用率不高。
[0006]3.磁工質盒在永磁體內部氣隙場中散熱緩慢且困難，降低製冷系統的熱利用率與換熱效率。
[0007]4.永磁體內部氣隙場間隙小，永磁體磁場系統加工難度大。


【發明內容】

[0008]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種結構簡單、換熱性能好、散熱性能高、漏磁少的高效磁場結構。
[0009]為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是:
一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，包括提供勵磁源的U型永磁體，所述U型永磁體的兩個磁極內側對稱地平行設置有L形內導磁套，兩個磁極外側對稱地平行設置有L形外導磁套，位於同一磁極上的內導磁套和外導磁套於磁極頂端處緊密連接，兩個所述內導磁套的相對面上設置有用金屬粘合劑連接的凸臺導磁片，所述U型永磁體內表面鑲貼有呈U型波浪結構的鋁合金散熱器，所述鋁合金散熱器的長度方向的兩端與分別與兩個內導磁套的內端面連接，寬度與U型永磁體寬度相同，所述鋁合金散熱器能嵌入U型永磁體內側底部與之形成過盈配合固定於U型永磁體中。所述鋁合金散熱器每個波峰的波幅尺寸大小與內導磁套位於磁極內側處的厚度相同，避免磁工質盒在空隙中作往復運動時產生幹涉現象。
[0010]進一步地，位於兩個所述內導磁套上的凸臺導磁片之間的間隙為18 mm _22mm。
[0011]進一步地，位於兩個所述內導磁套上的凸臺導磁片的表面粗糙度的輪廓算術平均偏差Ra取值為0.05。
[0012]進一步地，位於兩個所述內導磁套上的凸臺導磁片的平行度為0.03-0.06。
[0013]進一步地，所述凸臺導磁片的長度與內導磁套相同，寬度比內導磁套小，以更利於磁場的集中。
[0014]進一步地，位於同一磁極上的內導磁套和外導磁套於磁極頂端處通過由金屬粘合劑連接的導磁片緊密連接。
[0015]進一步地，所述的U型永磁體的材料採用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)15
[0016]進一步地，所述內導磁套和外導磁套及凸臺導磁片、導磁片均為工業純鐵，導磁性好，成本低。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本新型設計優化了一般室溫磁製冷機的磁場系統，簡化了室溫磁製冷機的磁場系統結構，減少了一般磁製冷機所具有的嚴重漏磁現象。此外，鑲嵌在永磁體的散熱片有效地加快了系統的散熱，讓磁製冷機的熱利用率和換熱效率更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明實施例的剖視結構示意圖。
[0019]圖2為本發明實施例的立體示意圖。
[0020]圖3為U型波浪散熱片的結構示意圖。
[0021]圖4為普通磁製冷機的磁系統及磁場分布結構示意圖。
[0022]圖5為本發明的磁系統及磁場分布結構示意圖。
[0023]圖中標號與名稱如下:1-U型永磁體；2_外導磁套；3_導磁片；4_內導磁套；5_凸臺導磁片；6-U型波浪散熱片。

【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式並不因此限定於以下實施例。
[0025]如圖1至圖3所示，一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，包括提供勵磁源的U型永磁體I,所述U型永磁體I的兩個磁極內側對稱地平行設置有起導磁左右的L形內導磁套4，兩個磁極外側對稱地平行設置有起導磁左右的L形外導磁套2，位於同一磁極上的內導磁套4和外導磁套2於磁極頂端處緊密連接，兩個所述內導磁套4的相對面上設置有用金屬粘合劑連接的凸臺導磁片5，所述U型永磁體I內表面鑲貼有呈U型波浪結構的鋁合金散熱器6 (見圖3)，所述鋁合金散熱器6的長度方向的兩端與分別與兩個內導磁套4的內端面連接，寬度與U型永磁體I寬度相同，所述鋁合金散熱器6每個波峰的波幅尺寸大小與內導磁套4位於磁極內側處的厚度相同。
[0026]作為進一步的實施例，位於兩個所述內導磁套4上的凸臺導磁片5之間的間隙為18 mm -22mm。
[0027]作為進一步的實施例，位於兩個所述內導磁套4上的凸臺導磁片5的表面粗糙度的輪廓算術平均偏差Ra取值為0.05。
[0028]作為進一步的實施例，位於兩個所述內導磁套4上的凸臺導磁片5的平行度為0.03-0.06，本實施例為0.05。
[0029]作為進一步的實施例，所述凸臺導磁片5的長度與內導磁套4相同，寬度比內導磁套4小。
[0030]作為進一步的實施例，位於同一磁極上的內導磁套4和外導磁套2於磁極頂端處通過由金屬粘合劑連接的導磁片3緊密連接。
[0031]作為進一步的實施例，所述的U型永磁體I的材料採用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)0
[0032]作為進一步的實施例，所述內導磁套4和外導磁套2及凸臺導磁片5、導磁片3均為工業純鐵。
[0033]相比普通磁製冷機的磁系統(見圖4)，所述內導磁套4和外導磁套2分別於U型永磁體I的N、S極端相配合；突出的兩凸臺導磁片5互相平行，疊成突出平臺結構形成狹窄的可調節的工作空氣間隙，這樣的結構設計有效地將磁感線集中在U型永磁體I中的空隙中，大大減少了漏磁現象，時磁場分布更加均勻(見圖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，其表面為波浪形結構，以此增大散熱面積，加大散熱效率，其整體厚度與內導磁套4相同，避免了磁工質盒在間隙中運動的幹涉現象。所述的永磁體為稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)永磁體；所述的導磁體套筒為工業純鐵(Fe)，導磁性好。
[0034]實施例中的鋁合金散熱器6嵌入U型永磁體I底部內側與之形成過盈配合固定於U型永磁體I中。U型永磁體I上下兩端各開有螺紋孔,所述內導磁套4和外導磁套2也各開有螺紋孔，位於同一磁極的內導磁套4和外導磁套2通過若干導磁片3用金屬粘合劑連接起來，如此便能適合不同尺寸大小的U型永磁體I。此外，通過螺釘連接將內導磁套4和外導磁套2與U型永磁體I緊密連接在一起防止導磁套與永磁體之間產生相對運動。整個永磁系統以中心水平軸線對稱。
[0035]本發明的關鍵點在於內導磁套4和外導磁套2、U型波浪散熱片6以及凸臺導磁片5的設計上，為了讓U型永磁體I間隙的磁場集中且減少漏磁，內外導磁套凸臺表面精度高且互相平行。此外，內導磁套4和外導磁套2通過若干導磁片連接的設計以便於適用於不同尺寸大小的永磁體並確保了其配合精度。U型波浪散熱片6設計成波浪形，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系統內的間隙大小與其內部磁場強度有關，通過凸臺導磁片5與內導磁套4的連接，能調整U型永磁體I系統內部間隙的大小，以適合不同尺寸規格的磁工質盒，而且還減少U型永磁體I的加工難度了。
[0036]本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，包括提供勵磁源的U型永磁體(I)，其特徵在於:所述U型永磁體(I)的兩個磁極內側對稱地平行設置有L形內導磁套(4)，兩個磁極外側對稱地平行設置有L形外導磁套(2)，位於同一磁極上的內導磁套(4)和外導磁套(2)於磁極頂端處緊密連接，兩個所述內導磁套(4)的相對面上設置有用金屬粘合劑連接的凸臺導磁片(5 )，所述U型永磁體(I)內表面鑲貼有呈U型波浪結構的鋁合金散熱器(6 )，所述鋁合金散熱器(6)的長度方向的兩端與分別與兩個內導磁套(4)的內端面連接，寬度與U型永磁體(I)寬度相同，所述鋁合金散熱器(6 )每個波峰的波幅尺寸大小與內導磁套(4)位於磁極內側處的厚度相同。
2.根據權利要求1所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:位於兩個所述內導磁套(4)上的凸臺導磁片(5)之間的間隙為18 mm -22mm。
3.根據權利要求1所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:位於兩個所述內導磁套(4 )上的凸臺導磁片(5 )的表面粗糙度的輪廓算術平均偏差Ra取值為0.05。
4.根據權利要求1所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:位於兩個所述內導磁套(4)上的凸臺導磁片(5)的平行度為0.03-0.06。
5.根據權利要求1所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:所述凸臺導磁片(5)的長度與內導磁套(4)相同，寬度比內導磁套(4)小。
6.根據權利要求1至5任一項所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:位於同一磁極上的內導磁套(4)和外導磁套(2)於磁極頂端處通過由金屬粘合劑連接的導磁片(3)緊密連接。
7.根據權利要求1所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:所述的U型永磁體(I)的材料採用稀土永磁材料釹鐵硼(Nd2Fe14B)15
8.根據權利要求6所述的用於室溫磁製冷機的高效磁場結構，其特徵在於:所述內導磁套(4)和外導磁套(2)及凸臺導磁片(5)、導磁片(3)均為工業純鐵。
【文檔編號】F25B21/00GK104409190SQ201410701223
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】黃偉康, 張景峰, 王惜慧, 曾健 申請人:華南理工大學