一种自带传动动力的磁制冷装置及方法和用途与流程

本发明涉及磁制冷
技术领域：
，尤其涉及一种自带传动动力的磁制冷装置及方法和用途。
背景技术：
：随着传统蒸汽压缩式制冷技术在对环境的不友好性和换热效率方面的弊端日渐明显，新型制冷技术(非蒸气压缩式制冷)的研发日趋紧迫。磁制冷技术则是发展前景最被看好的新型制冷技术之一，尤其是其在环境友好性和高效能方面的优势十分突出，相比传统蒸汽压缩式制冷，磁制冷的制冷效率可达卡诺循环效率的40％～50％，比传统的压缩制冷方式高30％左右；此外磁制冷方式采用磁性材料进行固-液换热，无对环境有害的气体；并且磁制冷装置的运行频率低，产生的噪声小。凭借上述优势，磁制冷技术成为近年来受关注度最高的新制冷技术。室温磁制冷的磁制冷机需要磁场强度变化的磁场对磁制冷材料做功，磁制冷材料伴随着变化的磁场励磁和退磁，其中的熵减少和增加，对外的温度升高和降低。所以磁场对磁制冷机来说至关重要。但是目前在磁制冷机中提供高磁通密度的稀土永磁体用量相对较大，成本较高。目前为降低磁制冷技术中产生磁场的成本，主要研究方向在磁制冷材料上。cn105761925a公开了一种钬铁镓共晶掺杂制备高性能钕铁硼磁体的方法，该方法以钕铁硼合金铸锭或铸片为主合金粉，以钬铁镓氢化物为辅合金粉，经混匀、取向成型、冷等静压和烧结，得到高性能钕铁硼磁体。该方法采用价格便宜的市售钬铁合金与镓合金化，一定程度上降低了磁体的成本。但该方法仍然需要额外采用含有稀土元素的永磁体，成本仍然较高。cn104167272a公开了一种含铈的烧结钕铁硼磁体，该磁体采用大量价格便宜的铈取代价格较贵的镨钕合金，降低了成本，但该磁体中仍然含有钕等，成本仍然相对较高，且该技术并未想到利用现有的磁体为磁制冷装置提供磁场。由此可以看出，现有关于降低磁制冷技术成本的研究主要针对于磁体的改进和优化，现有研究人员并未想到直接利用已有的磁场提供给磁制冷材料。另外电机的应用领域广泛，电动工具或者传动装置的动力源大多采用电机，而一些高功率高精度的电机也需要降低绕组和硅钢片中的温度和涡流。cn103066727a公开了一种新型电机冷却及电涡流抑制结构，该装置通过在电机绕组的表面固装冷却板来降低电机的温度和绕组的涡流，但该装置需要在冷却板上进行割槽划分为各个区域，装置复杂。因此，需要开发一种磁制冷装置，同时解决磁制冷技术成本、电机升温和涡流的问题。技术实现要素：鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种自带传动动力的磁制冷装置，所述装置通过在电机的定子边缘或表面固定有装有磁制冷工质的填充床，将电机转动产生的交变磁场提供给磁制冷工质，实现磁制冷工质的励磁和退磁，不仅降低了磁制冷机的成本，而且在实现外部装置降温的同时可降低电机的温度和涡流，为高功率高精度的电机提供保障；利用该装置的自带传动动力的磁制冷方法制冷效率高，可同时为电机和外部装置降温，具有较高的工业应用价值。为达此目的，本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供一种自带传动动力的磁制冷装置，所述装置包括电机和固定在电机的定子边缘或表面的填充床。本发明通过在电机的定子边缘或表面固定填充床，该填充床中可填充有磁制冷工质，从而利用电机转动产生的交变磁场提供给磁制冷工质，磁制冷工质在磁场中退磁和励磁后结合换热流体形成温度梯度，形成制冷循环，无需额外为磁制冷装置提供稀土永磁体，大大降低了磁制冷装置的成本，同时产生的冷量既可以为电机本身降温，还可以提供给外部需要降温的装置，具有较好地应用前景。本发明将填充床固定在电机的定子边缘或者表面，因为装有磁制冷工质的填充床中有换热流体通过并且形成循环回路，所以固定填充床位置不能随电机转动。优选地，所述电机的定子沿周向分布有定子绕组。优选地，所述定子绕组沿定子周向均匀分布。优选地，所述定子绕组之间设置有间隙。优选地，所述定子内圈周向设置有用于固定填充床的空腔。优选地，所述电机还包括设置在定子内部的用于径向内侧空间转动产生交变磁场的转子。优选地，所述定子为定子硅钢片或软磁铁氧体。优选地，所述填充床成对设置。本发明优选将填充床成对设置，使其中的磁制冷工质能够充分利用电机产生的磁场，提升了制冷的效果。优选地，所述填充床沿所述定子的中心轴成对设置。优选地，所述填充床在定子中与定子绕组相对应设置。本发明优选将填充床与定子绕组相对应设置，可有效防止电机转子受力不平衡产生振动。优选地，所述填充床以填充床组的形式在定子中与定子绕组相对应设置。优选地，一个所述定子绕组对应设置一个填充床组。优选地，所述填充床组包括至少1个填充床，例如可以是1个、2个、3个、4个或5个，优选为包括1个填充床。优选地，所述填充床组之间设置有间隙。优选地，所述填充床组之间的间隙与定子绕组的间隙位置相对应。本发明优选设置填充床之间的间隙与定子绕组的间隙位置相对应，能够进一步充分的将电机产生的磁场提供给磁制冷工质，使其制冷效率更高。优选地，所述填充床为矩形结构或蛇形结构，优选为蛇形结构。本发明对填充床的结构不作特殊限定，可采用本领域技术人员熟知任何可用于填充磁制冷工质的填充床结构，例如可以采用cn106016819b中公开的图1示出的蓄冷床1和蓄冷床2的矩形结构，也可以采用cn109442796a中公开的图1示出的蛇形结构，优选采用蛇形结构，该蛇形结构能够更好地延长温跨或提高制冷能效，得到更好地制冷效果。优选地，所述填充床经过电机产生的磁场时与磁场垂直。本发明优选使填充床经过电机产生的磁场时与磁场垂直，使磁制冷工质在磁场中更好地实现退磁和励磁，从而更好地结合换热流体形成制冷循环。优选地，所述填充床在定子上的排列方式为周向排列。优选地，所述填充床内部填充有磁制冷工质。优选地，所述填充床内部的磁制冷工质之间具有供换热流体流过的空隙。本发明填充床中的磁制冷工质之间优选设置有空隙，且磁制冷工质排布方式要利于换热流体通过并且利于散热，能够充分使换热流体流过填充床与磁制冷工质换热，进一步降低换热流体流过的阻力，提高制冷效率。优选地，所述填充床上设置有供换热流体流通的通孔。优选地，所述填充床的两端分为低温端和高温端。优选地，所述填充床中的磁制冷工质的居里点温度自低温端至高温端升高。优选地，所述磁制冷工质的居里点温度为240～350k，例如可以是240k、250k、260k、270k、280k、290k、300k、310k、320k、330k、340k或350k，优选为260～320k。优选地，所述磁制冷工质包括lafesi系合金、mnfepas系合金或gd系合金中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：lafesi系合金和mnfepas系合金的组合，lafesi系合金和gd系合金的组合，mnfepas系合金和gd系合金的组合，优选为lafesi系合金或gd系合金。本发明既可以在填充床中填充同一系列不同居里点温度的磁制冷材料，也可以填充不同系列的材料，当在填充床中填充不同系列的磁制冷材料时，需要选择ph合适的换热流体，因此，本发明优选在填充床中填充相同系列的磁制冷材料。优选地，所述磁制冷工质的形状为片状、颗粒状、丝状或多孔洞状中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：片状和颗粒状的组合，片状和丝状的组合，片状和多孔洞状的组合，颗粒状和丝状的组合，颗粒状和多孔洞状的组合，丝状和多孔洞状的组合，优选为颗粒状和/或片状。本发明的磁制冷工质的形状能够装进利于换热的填充床中，从而能够更好地与换热流体接触换热，实现制冷循环。优选地，所述装置还包括与高温端相连的散热器。优选地，所述高温端与散热器之间设置有第一组合阀体。优选地，所述装置还包括与低温端相连的冷端换热器。优选地，所述低温端与冷端换热器之间设置有第二组合阀体。优选地，所述冷端换热器的外部与待降温装置相连。本发明将冷端换热器的外部与待降温装置，使其为电机降温的同时能够为外部待降温装置提供冷量，提高了冷量利用率。优选地，所述装置还包括为换热流体提供动力的动力装置。优选地，所述动力装置同时与散热器和冷端换热器相连。优选地，所述动力装置为水泵。第二方面，本发明提供一种自带传动动力的磁制冷方法，所述方法采用第一方面所述的自带传动动力的磁制冷装置进行。本发明提供的自带传动动力的磁制冷方法利用第一方面所述的自带传动动力的磁制冷装置进行制冷，不仅制冷效率高，大大降低了磁制冷技术的成本，而且能够在为外部装置提供冷量的同时与电机中的热量进行交换，帮助长时间运行的电机本身降温，使电机运行过程中温度不会过高，有助于提高电机的稳定性，延长电机使用寿命。优选地，所述方法包括如下步骤：(1)电机转动产生交变磁场，所述交变磁场的磁感线与填充床垂直；(2)所述填充床中的磁制冷工质在交变磁场中退磁或励磁，相应地对外吸热或放热；(3)换热流体在所述填充床中与磁制冷工质换热形成温度梯度后流入散热器或冷端换热器中进行换热，实现制冷循环。优选地，步骤(3)中所述温度梯度的范围为-20℃～80℃，例如可以是-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，优选为-20℃～50℃。优选地，所述换热流体在填充床、冷端换热器和散热器中循环运动，形成制冷循环。优选地，所述填充床以接触换热或对流换热的方式给电机降温。第三方面，本发明提供第一方面所述的自带传动动力的磁制冷装置在家电领域、汽车领域或电池领域中的用途。本发明第一方面所述的自带传动动力的磁制冷装置热端散热器进行热量的散失，冷端冷量可以用于冰箱等家电制冷，也可以用于降低电池表面温度或汽车车内温度，无需额外提供永磁体，大大降低了磁制冷成本，具有较高的应用价值。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：(1)本发明提供的自带传动动力的磁制冷装置无需额外提供高磁通密度的稀土永磁体，即可利用电机产生的高磁通密度的磁场给磁制冷工质，形成制冷循环，可大幅度降低目前室温磁制冷机磁场的成本；(2)本发明提供的自带传动动力的磁制冷装置的温跨≥18℃，制冷能效≥1.5，该冷量既可以为电机本身降温，降低电机绕组和硅钢片中的温度和涡流，电机运行3h后温升≤4℃，还可以将冷量提供外部需要降温的装置；(3)本发明提供的自带传动动力的磁制冷方法将电机产生的交变磁场提供给磁制冷工质，提高了磁制冷效率，具有较高的实际应用价值。附图说明图1是本发明实施例1提供的自带传动动力的磁制冷装置中电机的定子整体截面示意图。图2是本发明实施例1提供的自带传动动力的磁制冷装置中电机的定子部分截面示意图。图3是图2中纵向a-a截面的剖面示意图。图4是本发明提供的自带传动动力的磁制冷装置中电机产生的磁场与填充床相对位置示意图。图中：1-定子硅钢片；2-定子绕组；3-磁制冷工质；4-填充床；5-换热流体。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。一、实施例实施例1本实施例提供一种自带传动动力的磁制冷装置，所述装置包括：电机和固定在电机的定子硅钢片边缘或表面的填充床；如图1所示，所述电机的定子硅钢片1沿周向均匀分布有定子绕组2，定子绕组2之间设置有间隙，定子硅钢片1内圈周向设置有用于固定填充床4的空腔；所述电机中的填充床4沿所述定子硅钢片1的中心轴成对设置；所述填充床4沿所述定子硅钢片1内周呈周向排列；所述电机还包括设置在定子内部的用于径向内侧空间转动产生交变磁场的转子(图中未标出)；如图2和图3所示，所述填充床4以填充床组的形式在定子硅钢片1中与定子绕组2相对应设置，一个填充床组包括3个填充床4，填充床组之间设置有与定子绕组2的间隙位置相对应的间隙，填充床4为cn106016819b中公开的图1示出的蓄冷床1的矩形结构，填充床4内部填充有磁制冷工质3，填充床4内部的磁制冷工质3之间具有供换热流体5流过的空隙，填充床4上设置有供换热流体5流通的通孔(图中未标出)；填充床的两端分为低温端和高温端，其中自低温端向高温端依次填充居里点温度为280k、284k、292k、296k、302k和306k的六种片状lafesih系合金材料。所述装置还依次包括与高温端相连的第一组合阀体和散热器，依次与低温端相连的第二组合阀体和冷端换热器，同时与散热器和冷端换热器相连的水泵。实施例2本实施例提供一种自带传动动力的磁制冷装置，所述装置除将“填充床中自低温端向高温端依次填充居里点温度为280k、284k、292k、296k、302k和306k的六种片状lafesih系合金材料”替换为“填充床中自低温端向高温端依次填充居里点温度为274k、284k和294k的三种颗粒状gd系合金材料”外，其余均与实施例1相同。实施例3本实施例提供一种自带传动动力的磁制冷装置，所述装置除将“填充床为cn106016819b中公开的图1示出的蓄冷床1的矩形结构”替换为“填充床为cn109442796a中公开的图1示出的的蛇形结构”外，其余均与实施例1相同。实施例1～3提供的自带传动动力的磁制冷装置可应用在家电领域、汽车领域或电池领域，用于给冰箱制冷、降低汽车车内或电池表面温度，利用实施例1～3提供的自带传动动力的磁制冷装置的磁制冷方法包括如下步骤：(1)电机转动产生交变磁场，如图4所示，所述交变磁场的磁感线与填充床4垂直；(2)所述填充床4中的磁制冷工质在交变磁场中退磁或励磁，相应地对外吸热或放热；(3)换热流体5在所述填充床4中与磁制冷工质3换热形成温度梯度后流入散热器或冷端换热器中进行换热，换热流体5在填充床4、冷端换热器和散热器中往复运动，形成制冷循环，同时填充床4以接触换热或对流换热的方式给电机降温。二、制冷结果检测实施例1～3提供的自带传动动力的磁制冷装置的制冷效率、温跨和电机运行3h后的温度增加情况，其结果如表1所示：表1样品制冷能效温跨℃电机温升℃实施例11.5184实施例22.0203实施例32.0182从表1可以看出以下两点：(1)综合实施例1～3可以看出，实施例1～3提供的自带传动动力的磁制冷装置的制冷能效均≥1.5，能够满足现有室内、电池或家电制冷的需求，温跨≥18℃，产生的冷量能够较好地为电机降温，电机运行3h后温升≤4℃，不仅制冷能效高，而且能够较好地为高功率高精度的电机降温；(2)综合实施例1和实施例3可以看出，实施例3通过将填充床设置为蛇形结构，较实施例1中填充床为矩形结构，实施例3的制冷能效为2.0，运行3h后电机的温升仅为2℃，而实施例1的制冷能效为1.5，运行3h后电机温升为4℃，由此说明，本发明通过将填充床设置为蛇形结构，进一步提高了制冷能效，得到了更好地制冷效果。综上，本发明提供的自带传动动力的磁制冷装置通过将磁制冷装置与电机组合，利用电机中的磁场直接提供给磁制冷工质，不仅有效降低了磁制冷机的磁场成本，而且该装置的磁制冷方法的制冷能效均≥1.5，温跨≥18℃，电机运行3h后温升≤4℃，不仅制冷能效高，而且能够较好地为高功率高精度的电机降温，在家电领域、汽车领域或电池领域中具有较大的应用价值。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页1 2 3