一种双循环往复式室温磁制冷系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于制冷技术领域，涉及一种在室温下应用的双循环往复式室温磁制冷系统。
【背景技术】
[0002]目前，磁制冷技术，尤其是有着巨大商业潜力的室温磁制冷技术研究正在世界范围内积极开展，研究热点主要集中在磁制冷工质材料研究和磁制冷样机的开发。
[0003]磁制冷工质材料在磁化/退磁的过程中发生磁性相变或晶格畸变，进而导致其内能变化使之向外界放热或吸热，可作为代替传统压缩制冷技术中制冷剂的新型磁性功能材料。其制冷效率高，对环境友好，功率密度大，且更加安全。
[0004]现阶段学术界公认的可作为磁制冷工质的材料体系主要由以下几大类:
(1)Gd及其化合物。目前最典型的可作磁性制冷循环工质的材料是镧系稀土金属钆Gd。Gd的居里温度为293K，接近室温，且具有较大的磁热效应。但其成本较高且易氧化，大规模商业应用比较困难；
(2)钙钛矿及类钙钛矿类化合物。近几年来，在具有超大磁热效应的钙钛矿锰氧化物中同时发现了大的磁熵变化，由此而引起对该类材料的广泛关注。该系列化合物的最大优点在于与Gd和GdSiGe成本大大降低，化学性能稳定(不用考虑防氧化的问题)，矫顽力小以及电阻率大。该系列化合物可以通过样品的掺杂很方便地调节其居里温度到所需范围，但是同时会导致磁熵变下降太多，另外，钙钛矿锰氧化物导热率太低，不利于传热，实用性降低；
(3)稀土-过渡金属间化合物。除前面提到的GdSiGe系列化合物以外，其它稀土-过渡金属间化合物也具有较大的磁熵变，如MnFePS1、MnAsSb、NiMnGa、La (Fe，Si) 13等。这类化合物通过离子掺杂可以很方便地进行居里温度的调节，从而控制其磁热效应的温度区间，且通过不同的制备工艺可调整成品的机械性能和化学性能，但是制备成本较高限制了其进一步的应用。
[0005]目前出现的磁制冷机，按照其磁工质材料与磁场源相对运动的工作方式不同被分为旋转式和往复式两大类。
[0006]旋转式磁制冷机工作频率较高，空间利用率高，内部死体积较小，主动蓄冷器中温度梯度恒定，但是其运动控制对设备要求高，导热系统非常复杂，且对磁场利用率较低。
[0007]而往复式磁制冷机运动控制方便，导热系统复杂度低，且对磁场利用率较高，系统模块化便于替换和扩展，但其空间利用率较低，工作频率较低，内部死体积较大，且主动蓄冷器中的温度梯度不断换向，不利于磁热效应的稳定进行。但是这些问题可以通过优化设计样机的热交换机构来进行解决。
【发明内容】
[0008]为解决往复式磁制冷机空间利用率低、工作频率低，以及往复式、旋转式磁制冷机共同存在的吸、放热循环间温度交换等问题，本发明提供了一种双循环往复式室温磁制冷系统。其技术方案如下:
一种双循环往复式室温磁制冷系统，包括:
按180度对称设置在底座上的第一磁制冷机、第二磁制冷机，所述第一磁制冷机包括设有工作空气隙的U形第一 Halbach型磁场源及相匹配的第一主动式回热器，所述第一磁制冷机包括设有工作空气隙的U形第二 Halbach型磁场源及相匹配的第二主动式回热器，两个磁制冷机之间设置有同时驱动两个主动式回热器沿所匹配的工作空气隙做直线往复移动的动作驱动系统；
流体热交换系统，包括通过管路连接而成的低温循环回路和高温循环回路，所述低温循环回路包括依次连接的低温循环栗出口、第二电磁阀、第二主动式回热器、第三电磁阀、制冷器、低温循环栗入口，所述高温循环回路包括依次连接的高温循环栗出口、第六电磁阀、第八电磁阀、散热器、高温循环栗入口，所述低温循环栗出口与第一主动式回热器入口之间还通过设有第一电磁阀的管路相连接，所述高温循环栗出口与第二主动式回热器入口还通过设有第五电磁阀的管路相连接，所述制冷器入口与第一主动式回热器出口之间还通过设有第七电磁阀的管路相连接。
[0009]进一步地，所述的底座包括用于安装和调整第一 Halbach型磁场源同第二Halbach型磁场源相对位置的磁场源导轨、沿主动式回热器移动方向平行设置于第一Halbach型磁场源和第二 Halbach型磁场源两侧的线性导轨，所述线性导轨与第一主动式回热器及第二主动式回热器两端滑动配合。
[0010]进一步地，所述第一主动式回热器及第二主动式回热器由两个主动式回热器盒体构成，每个主动式回热器盒体包括用于装填磁热材料的开放式工质腔体、设置于工质腔体两端的可拆卸式主动式回热器密封连接板、用于固定工质腔体的固定块，所述固定块两端还设置有与所述线性导轨滑动配合的导轨槽，所述主动式回热器密封连接板包括向上倾斜45度的连接通道，以及设置在连接通道上的进出水管接口。
[0011]进一步地，所述工质腔体外侧附有氧化锆绝热陶瓷涂层，防止运行过程中磁工质热量泄漏。
[0012]进一步地，所述连接通道上还设置有温度传感器探头接口，保证了在导热剂通过主动式回热器内部与工质进行热交换之前与之后的温度变化可以被数据采集系统准确的记录，并用于系统的自律调节和系统的分析诊断。
[0013]进一步地，所述动作驱动系统包括设置在底座上的转盘支架、通过轴承设置于转盘支架上的转盘、两根曲轴，所述转盘的底部通过行星式减速器连接伺服电机，顶部偏置地固定设置有同步转动的摇杆，两根曲轴的一端分别铰接第一主动式回热器及第二主动式回热器的中部，另一端共同铰接于摇杆的自由端。
[0014]进一步地，所述的低温循环栗和高温循环栗为机械齿轮栗，结构简单紧凑、体积小、质量轻、价格便宜、自吸力强、维护方便、工作可靠等优点。
[0015]本发明的基本原理为:中央的转盘把伺服电机输出的旋转运动转换为回热器的连续往复运动，从而使得回热器盒体中的磁工质交替的磁化和退磁；当工质磁化放热时，高温导热流体液路被电磁阀选通，将磁工质产生的热量传给热端散热器，将其放出到外界；当工质退磁吸热时，低温导热流体液路被电磁阀选通，磁工质通过冷端热交换器从制冷空间吸热。
[0016]本发明提供的技术方案的效果和优点为:
(1)通过转盘和曲轴传动系统，将电机输出的旋转运动转化为回热器的往复运动，使得驱动中电机不需要切换旋转方向，从而使工作频率更高，运行寿命更长；
(2)Halbach型磁场源空气隙中央部软铁的配置使磁场更加集中和均匀，且对称设置的磁场源使得两个回热器在往复运动中受到的磁场力更平衡，减小了驱动所需扭矩，增加了动作驱动系统的寿命；
(3)采用开放式的工质腔体，针对不同形状或特性的工质采用不同的固定块，使主动式回热器装填多种不同工质成为可能；
(4)流体热交换系统采用两个独立的导热回路，高温流体和低温流体在各自的循环中不会混合，避免了冷热端之间的热传递，提高了系统的换热效率。
【附图说明】
[0017]
图1为本发明实施例的流体热交换系统工作状态图。
[0018]图2为本发明实施例的流体热交换系统又一工作状态图。
[0019]图3为本发明实施例的磁制冷机及动作驱动系统立体示意图。
[0020]图4为本发明实施例的Halbach型磁场源立体结构示意图。
[0021]图5为本发明实施例的Halbach型磁场源剖面示意图。
[0022]图6为本发明实施例的动作驱动系统往复运动模式示意图。
[0023]图中:1-第一电磁阀；2_第二电磁阀；3-低温循环栗；4_高温循环栗；5_散热器；6-制冷器；7_第三电磁阀；8_第四电磁阀；9_第二 Halbach型磁场源；10_第五电磁阀；11_第六电磁阀；12_第一主动式回热器；13_转盘；14_第二主动式回热器；15_第一Halbach型磁场源；16_第七电磁阀；17_第八电磁阀;18_曲轴；19_摇杆；20_转盘；21_转盘支架；22_主动式回热器密封连接板；23_固定块；24_线性导轨；25_底座；26_磁场源导轨；27_永磁体；28_纯铁框架。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。
[0025]如图1和图2所示，一种双循环往复式室温磁制冷系统，包括:
按180度对称设置在底座25上的第一磁制冷机、第二磁制冷机，所述第一磁制冷机包括设有工作空气隙的U形第一 Halbach型磁场源15及相匹配的第一主动式回热器12，所述第一磁制冷机包括设有工作空气隙的U形第二 Halbach型磁场源9及相匹配的第二主动式回热器14，两个磁制冷机之间设置有同时驱动两个主动式回热器沿所匹配的工作空气隙做直线往复移动的动作驱动系统；
流体热交换系统，包括通过管路连接而成的低温循环回路和高温循环回路，所述低温循环回路包括依次连接的低温循环栗3出口、第二电磁阀2、第二主动式回热器14、第三电磁阀7、制冷器6、低温循环栗3入口，所述高温循环回路包括依次连接的高温循环栗4出口、第六电磁阀11、、第八电磁阀17、散热器5、高温循环栗4入口，所述低温循环栗3出口与第一主动式回热器12入口之间还通过设有第一电磁阀I的管路相连接，所述高温循环栗4出口与第二主动式回热器14入口还通过设有第五电磁阀10的管路相连接，所述制冷器6入口与第一主动式回热器出口之间还通过设有第七电磁阀16的管路相连接，所述的低温循环栗3和高温循环栗4为机械齿轮栗，结构简单紧凑、体积小、质量轻、价格便宜、自吸力强、维护方便、工作可靠等优点。
[0026]如图3所示，所述的底座26包括用于安装和调整第一 Halbach型磁场源15同第二Halbach型磁场源9相对位置的磁场源导轨26、沿主动式回热器移动方向平行设置于第一 Halbach型磁场源15和第二 Ha