一种自行车车载磁制冷冰箱的制作方法

本实用新型属于磁制冷技术领域，具体涉及一种自行车车载磁制冷冰箱。

背景技术：

当今社会，能源问题日益突出，寻找新型清洁环保能源，减少污染物的排放，进而实现节能减排的目的，是社会发展的重要任务。

磁制冷是一种环保、无污染的制冷方式。磁制冷部件包括磁场、磁工质，通过磁场系统对磁工质进行励磁和消磁，实现磁工质的制冷和放热。当外加磁场时，磁工质被磁化呈现出顺磁状态，分子磁矩趋向于一致排列，此时系统总熵减小，对外放出热量，此过程称为励磁；当外部磁场撤去时，磁矩恢复为不规则排列，此时系统的总熵增加，因此会从外界吸收热量以维持总熵平衡，此过程称为消磁。根据励磁和消磁的具体运行形式不同，磁制冷部件分为旋转式磁制冷部件和往复式磁制冷部件。对于旋转式磁制冷部件，在工作过程中通过磁工质在磁场中的旋转，实现磁工质的励磁和消磁，继而进行吸热和放热两个过程。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自行车车载磁制冷冰箱，以一种清洁环保的方式，为骑行爱好者在骑行过程中提供低温饮用水，以随时补充身体因为大量出汗而损失的水分，同时降低骑行者的体温。

本实用新型采用以下技术方案：

一种自行车车载磁制冷冰箱，包括分别设置在后轮两侧的倒U型结构水箱，每个水箱的下部均设置有制冷磁区，两个水箱通过自行车座下部的箱体固定支架固定连接，在水箱的U型槽内通过大齿轮固定轴设置有磁性材料大齿轮，两个磁性材料大齿轮分别与设置在后轮上自行车后轮伸长轴两端的外部传动小齿轮啮合连接。

进一步的，制冷磁区呈长方体形状，内部相对布置有N、S磁极区域，与磁性材料大齿轮构成磁制冷区域。

进一步的，自行车后轮伸长轴的两端与外部传动小齿轮的连接处均设置有固定防滑结构，固定防滑结构包括固定螺帽，固定螺帽与自行车后轮伸长轴螺纹连接，外部传动小齿轮设置在自行车后轮伸长轴上，与自行车后轮伸长轴键连接。

进一步的，水箱与磁性材料大齿轮、外部传动小齿轮以及后轮相互平行设置。

进一步的，水箱的外侧由厚度为2cm，导热系数为0.1W·m^-1·K^-1的保温材料制成，在水箱的上部设置有箱体入水口和箱体提手，水箱的后部下方设置有箱体出水口。

进一步的，箱体固定支架由合金材料制成，与水箱为一体式结构。

进一步的，大齿轮固定轴与水箱的连接处设置有密封固件。

进一步的，磁性材料大齿轮由稀土-过渡金属化合物制成。

进一步的，外部传动小齿轮的直径为0.0195～0.0205m，磁性材料大齿轮的直径为0.59～0.61m。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型自行车车载磁制冷冰箱，自行车行驶过程中，自行车后轮伸长轴带动外部传动小齿轮旋转，进而带动磁性材料大齿轮转动，大齿轮固定轴两端固定在水箱凹槽处，磁性材料大齿轮能够在凹槽内绕大齿轮固定轴进行旋转，进而利用磁热效应产生制冷效果，对放入箱体的液体进行冷却工作，利用人们骑行过程中产生的动能，为经过长时间、长距离运动后出汗量增加、体温上升的骑行者随时随地提供低温饮用水，从而有效节约了电能，并且使得骑行者在补充水分的同时，及时降低人体温度，迅速恢复体力。

进一步的，水箱分布在自行车后轮左右两侧，底部由磁性材料大齿轮的大齿轮固定轴进行固定，上部由连接左右两个水箱的箱体固定支架进行固定，箱体固定支架与自行车车座的下部通过螺栓连接，保证整体的稳定性。

进一步的，设置的固定防滑结构在安装时将外部传动小齿轮的内凹部分与自行车后轮伸长轴的外凸部分相结合，并在伸长轴外部拧紧螺帽，既可起到固定的作用。

进一步的，水箱外侧由轻质保温材料制成，能够增大箱体内部向外界传热的热阻，减小冷量的散失，从而保证装置的制冷效率，避免不必要的损失。

进一步的，水箱的箱体上部左右两侧对称分布着四个箱体提手，方便拆卸水箱时提起。进一步的，水箱可通过箱体入水口进行饮品的补充，水箱中的饮品经由制冷磁区进行降温后，骑行者可通过所述箱体出水口取出饮品进行饮用。同时，骑行者也可直接将瓶装或罐装饮用水直接放入水箱内，通过水箱中的低温水对其进行降温并饮用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的外观结构图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的左视图；

图5为本实用新型的磁性材料工作原理图；

图6为本实用新型的固定防滑结构示意图。

其中：1.箱体入水口；2.箱体提手；3.箱体出水口；4.水箱；5.固定防滑结构；5-1.固定螺帽；6.制冷磁区；7.自行车后轮伸长轴；8.外部传动小齿轮；9.磁性材料大齿轮；10.大齿轮固定轴；11.箱体固定支架；12.后轮。

具体实施方式

本实用新型提供了一种自行车车载磁制冷冰箱，采用磁制冷技术，通过自行车后车轮的转动提供动力，带动磁体旋转，进而利用磁热效应进行制冷。

请参阅图1和图2，本实用新型一种自行车车载磁制冷冰箱，包括箱体入水口1，箱体提手2，箱体出水口3，用于储存饮用水的水箱4，固定防滑结构5，制冷磁区6，自行车后轮伸长轴7，外部传动小齿轮8，磁性材料大齿轮9，大齿轮固定轴10，箱体固定支架11和后轮12。

外部传动小齿轮8通过自行车后轮伸长轴7设置在后轮12的左右两侧，每个外部传动小齿轮8均啮合连接一个磁性材料大齿轮9构成一个磁性材料齿轮组，每个磁性材料大齿轮9均通过一个大齿轮固定轴10设置在倒U型结构水箱4的凹槽内，每个水箱4的下部对应设置有制冷磁区6，水箱4布置在自行车后轮12的左右两侧，两个水箱4之间由箱体固定支架11相连，并通过螺栓结构连接固定于自行车座下部。

请参阅图3和图4，自行车在前进过程中，后轮12会带动固定在其上的自行车后轮伸长轴7进行旋转，固定于自行车后轮伸长轴7两侧的外部传动小齿轮8进而被带动进行旋转。

外部传动小齿轮8开始旋转后，带动与其啮合的磁性材料大齿轮9进行旋转。由于二者直径相差较大，因此磁性材料大齿轮9的转动角速度较外部传动小齿轮8小，磁性材料大齿轮9的转动角速度随骑行者的骑行速度变化，但始终维持在3r/min左右，从而达到降低磁性材料大齿轮9转速，保证磁化过程充分进行的目的。

制冷磁区6的磁区呈长方体形状，由磁性材料大齿轮9及相对布置的N、S磁极区域构成。

磁性材料大齿轮9的工作过程划分为两个阶段，如图5所示。

(1)大齿轮材料中某一部位经过旋转由磁区外部进入磁区，此时该部分由于被磁化，而呈现顺磁状态，内部分子磁矩趋于一致，总熵减小，因而向外放热，温度降低；

(2)大齿轮材料中的某一部位随齿轮旋转脱离磁区，进入制冷区域，此时由于脱离了外加磁场的作用，材料内部分子磁矩恢复为不规则排列，脱离顺磁状态，因此从水箱中吸热，达到制冷的效果。

所述磁性材料大齿轮9经由自行车后轮12带动，反复进出磁区与水箱制冷区域，进而实现持续制冷与降温的循环过程。

优选的，磁性材料大齿轮9由稀土-过渡金属化合物制成。

所述外部传动小齿轮8的直径r＝0.02m，磁性材料大齿轮9的直径R＝0.6m。

车载磁制冷冰箱运行过程中，自行车的速度约为10～15km/h(即2.78～4.17m/s)，取平均值3.48m/s进行计算，自行车车轮直径约为0.70m，则骑行过程中自行车后轮的角速度约为：

3.48/(0.70/2)＝9.94rad/s

外部传动小齿轮8的角速度也约为9.94rad/s，线速度约为：

9.94×0.01＝0.0994m/s

那么磁性材料大齿轮9的线速度为0.0994m/s，转速为：

0.0994×60/(3.14×0.6)＝3.15r/min

该速度能够保证磁性材料大齿轮在磁场中的磁化过程充分进行。

优选的，大齿轮固定轴10与水箱4的连接处设置有密封固件，密封固件具有良好的耐高温、耐腐蚀以及密封性能。

外部传动小齿轮8由自行车后轮伸长轴7固定于自行车后轮的两侧。自行车后轮伸长轴7的两端通过固定防滑结构5与外部传动小齿轮8进行固定。

优选的，外部传动小齿轮8及自行车后轮伸长轴7由高强度、不易变形、耐腐蚀的合金材料制成。

如图6所示，固定防滑结构5包括固定螺帽5-1，自行车后轮伸长轴7两端凸起部分与外部传动小齿轮8内部结构相吻合，自行车后轮伸长轴7两端外侧带有螺纹，与固定螺帽5-1内部螺纹相吻合，安装时将所述外部传动小齿轮的内凹部分与自行车后轮伸长轴的外凸部分相结合，并在伸长轴外部拧紧螺帽，既可起到固定的作用。

水箱4与磁性材料大齿轮9、外部传动小齿轮8以及自行车后轮12相互平行设置。

优选的，箱体固定支架11由高强度、不易变形的合金材料制成，与水箱4连接成一个整体。

水箱4外侧由低导热系数、高强度的保温材料制成，内侧由高导热系数、高强度的材料制成，箱体入水口1和箱体提手2位于水箱4上部，箱体提手2呈对称设置，箱体出水口3位于水箱4的后部下方，水箱4与箱体入水口1、箱体出水口3、下部制冷磁区6以及箱体提手2之间紧密连接，水箱4由箱体固定支架11固定于自行车后座上。

水箱由低导热系数、高强度的保温材料制成，这里对其制冷能力进行验证性计算。保温材料的厚度d为2cm，导热系数λ为0.1W·m^-1·K^-1。水箱的外部尺寸为：长0.7m，宽0.7m，厚0.3m。水箱与外界热空气直接接触的部分的面积A约为箱体除去底面部分的其他各面表面积之和，其值为：

S＝0.7×0.7×2+0.7×0.3×2+0.7×0.3＝1.61m²

根据傅里叶导热定律，当外界温度T_o为40℃，水箱4内水的温度T_i为10℃时，水箱4内水与外界的换热功率Q_h为：

稀土-过渡金属化合物的密度ρ₂取8g·cm^-3(即8000kg·m^-3)，磁熵变ΔS_m为：2J·kg^-1·K^-1。磁性材料大齿轮9旋转一周所需时间：τ＝20s。

在该时间段内的制冷量Q_c为：

Q_c＝ΔS_mρ₂V₂T-qτ

其中：V₂为材料的体积；T为材料的工作温度，这里取300K进行计算；q为漏热速度，可忽略不计。

则当τ＝20s内磁性材料的制冷量与箱体和外界的换热量相等时，可推算出所需磁性材料的体积：

V₂＝τQ_h/(ΔS_mρ₂T)＝20×241.50/(2×8000×300)＝0.00100625m³

此时，所需磁性材料大齿轮9的厚度h为：

h＝V₂/(πR²)＝0.00100625/(3.14×0.3²)＝0.00356m＝0.356cm

即，磁性材料大齿轮9的厚度仅需0.356cm即可满足制冷量需求。在实际操作中，可以根据需求及运行过程中的冷量损失情况进行磁性材料具体种类和尺寸的选择，以达到更高的效率。

磁制冷冰箱的质量估算如下：

单个水箱4的箱体保温材料的密度ρ₁取100kg·m^-3，则单个水箱箱体保温材料的质量m₁约为：

m₁＝Adρ₁＝1.61×0.02×100＝3.22kg

磁性材料大齿轮9的质量m₂为：

m₂＝V₂×ρ₂＝0.00100625×8000＝8.05kg

自行车后轮12两侧各有一套箱体4与磁性材料大齿轮9，因此总质量m为：

m＝2×(m₁₊m₂)＝2×(3.22+8.05)＝22.54kg

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。