本实用新型属于磁制冷技术领域,具体涉及一种磁制冷系统和磁制冷装置。
背景技术:
磁制冷技术是一种基于磁热效应的新型制冷技术,而磁热效应是指磁热材料在磁场增强或减弱时放热或吸热的物理现象。当磁场给磁热材料加磁时,磁热材料磁熵变低,放出热量;去掉磁场时,磁热材料磁熵变高,吸收热量。磁制冷就是利用磁热效应的现象可以实现制冷的目的。
根据磁制冷机机的发展,以其运动方式可以分为静止式、往复式和旋转式。静止式磁制冷机的磁体和磁工质床是静止的,没有运动机构使得系统比较简单,但由于静止式的磁场采用的是电磁体,若要产生高强的磁场就需要比较大的绕组线圈,使得制冷机体积较为庞大,另外绕组的散热也是需要额外的冷却装置,使得静止式磁制冷机无法走向商业化。往复式磁制冷机相对而言结构比较简单,只需要磁工质床和磁体相对直线往复运动,以此来实现加磁和去磁的效果,流路也比较简单,这种方式虽然易实现,但运行频率低、制冷效率不高。
旋转式磁制冷机因其结构紧凑、运行频率高、制冷效果好而成了研究的重点。但是在旋转式磁制冷机的结构上,多采用旋转永磁体,固定蓄冷床的方式,由于管路固定在蓄冷床上,这种方式可以避免管路缠绕,实现平稳的运行。然而永磁体是非常笨重的,旋转永磁体会使机械效率低。
由于现有技术中的磁制冷系统中存在若固定蓄冷床而使永磁体转动会因永磁体转动惯量大,导致耗费的机械能大,机械效率低;若固定永磁体而转动蓄冷床则容易出现管路缠绕、结构复杂,难以实现平稳运行;且采用旋转蓄冷床时会存在动态密封问题,整体流路结构较复杂等技术问题,因此本实用新型研究设计出一种磁制冷系统和磁制冷装置。
技术实现要素:
因此,本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的磁制冷系统存在无法同时解决耗费的机械能大且管路缠绕的问题的缺陷,从而提供一种磁制冷系统和磁制冷装置。
本实用新型提供一种磁制冷系统,其包括:
蓄冷床和磁体,还包括蓄冷床安装盘、所述蓄冷床被设置于所述蓄冷床安装盘上,且所述蓄冷床和所述蓄冷床安装盘能一体旋转、使得所述蓄冷床与所述磁体间产生相对运动而完成加磁或去磁的过程;
还包括旋转轴,所述旋转轴与所述蓄冷床安装盘连接、且也能与所述蓄冷床安装盘一体旋转;所述旋转轴上设置有供换热流体流动的流路,所述换热流体能够通过所述流路从外部进入所述蓄冷床中、也能通过所述流路从所述蓄冷床流出至外部。
优选地,
所述蓄冷床、所述蓄冷床安装盘和所述旋转轴的旋转中心相重合;和/或,所述旋转轴设置于所述蓄冷床安装盘的上方或下方;和/或,所述磁体的底部还设置有固定平台。
优选地,
所述旋转轴包括沿轴线方向排布的两个以上的凸起结构,在两相邻凸起结构之间形成凹槽结构、所述凹槽结构形成供流体流动的空间,所述流动的空间构成所述流路的部分结构。
优选地,
所述旋转轴还包括从其底端或顶端穿设至其中一个所述凹槽结构中的流通管路,所述流通管路在其所述底端或顶端处形成为流路进口。
优选地,
所述流路进口为两个以上,所述流通管路也为两个以上、且与所述流路进口一一对应设置;所述凹槽结构也为两个以上、且与所述流通管路一一对应设置,每个流通管路穿设进入与其对应的凹槽结构的位置并与其连通。
优选地,
所述凹槽结构为8个,所述流通管路也为8个,所述流路进口也为8个。
优选地,
每个所述蓄冷床包括进口和出口,所述磁制冷系统还包括连通管,所述连通管包括能与所述流路进口相连通的主管路、和与所述蓄冷床的进口或出口相连通的支管路。
优选地,
所述支管路为两个以上、且每个所述支管路对应地连通一个所述蓄冷床的进口或出口。
优选地,
所述磁制冷系统还包括与所述凹槽结构对应设置的密封件,所述密封件能够密封住所述凹槽结构、而使得所述凹槽结构和所述密封件之间共同形成密封的空腔,且所述密封件固定不转动。
优选地,
所述密封件包括圆环形的主体结构,所述主体结构能套设于所述凹槽结构的周向外侧,所述密封件还包括贯通所述主体结构的内壁和外壁之间而设置的密封进口或密封出口。
优选地,
所述密封件还包括在圆环形的所述主体结构的内壁的内侧、与所述凸起结构相对应的位置而设置的密封体;和/或,所述主体结构上还连接设置有固定结构、通过所述固定结构将所述主体结构固定。
本实用新型还提供一种磁制冷装置,其包括前任一项所述的磁制冷系统。
本实用新型提供的一种磁制冷系统和磁制冷装置具有如下有益效果:
1.本实用新型通过蓄冷床安装盘的设置,使得蓄冷床被安装设置于蓄冷床安装盘上,并且蓄冷床和蓄冷床安装盘一体旋转,能够使得蓄冷床被有效地驱动运动、进而相对于磁体产生相对运动、完成对蓄冷床中磁工质的加磁或去磁,这样既能够解决现有的通过永磁体转动而产生耗能大、机械效率低的技术问题,还能通过旋转轴的结构设置、通过其上设置的流路以及随蓄冷床一体旋转的方式,解决现有中因为蓄冷床旋转而造成的管路缠绕与结构复杂的问题;
2.本实用新型还通过在旋转轴上设置的两个以上的凸起结构和凹槽结构,能够在凹槽结构中通入换热流体,并通过流通管路、流路进口和连通管将换热流体连通至蓄冷床中,或从蓄冷床中导出,使得换热流体能够顺利地从旋转轴上通过流路进入到蓄冷床,以及从蓄冷床顺利地从旋转轴被导出,因此有效且优质地克服了现有采用多个管路连接而在蓄冷床以及永磁体位置产生管路复杂缠绕、结构混乱等缺陷,使得流体被沿着旋转轴向上或向下导出一定高度后(避开了蓄冷床和永磁体的高度)再被管路进行导出,使得管路极为简单、结构简单了很多,简化了整机的流路,缩短了整机流路长度,提升了换热效率;
3.本实用新型还通过在旋转轴上设置的密封件结构,能够有效封闭每个流路结构,并且动态密封结构件固定在整机壳体上,能够相对于轴转动而相对于整机静止,实现将运动的流路输出为静止的流路,实现了动态密封,使整机运行可靠轻便,解决了采用旋转蓄冷床时而会出现的动态密封的问题。
附图说明
图1是本实用新型的磁制冷系统中蓄冷床部分的俯视立体结构示意图;
图2a是本实用新型的磁制冷系统中的旋转轴的第一方向的结构示意图;
图2b是本实用新型的磁制冷系统中的旋转轴的第二方向的结构示意图;
图3a是本实用新型的磁制冷系统中的旋转轴与密封件相匹配部分的示意图;
图3b是图3a中的密封件部分的放大结构示意图;
图4是本实用新型的磁制冷系统中的密封件部分的示意图;
图5a是本实用新型的磁制冷系统中蓄冷床部分具有连通管时的立体结构示意图;
图5b是图5a中连通管的立体结构示意图;
图6是本实用新型的磁制冷系统的整机结构示意图。
图中附图标记表示为:
1、蓄冷床;11、进口;12、出口;2、磁体;3、固定平台;4、蓄冷床安装盘;5、旋转轴;51、凸起结构;52、凹槽结构;53、流通管路;54、流路进口或出口;6、密封件;61、密封体;62、主体结构;63、密封进口或出口;64、固定结构;7、壳体;71、密封件安装结构;8、连通管;81、主管路;82、支管路。
具体实施方式
如图1-6所示,本实用新型提供一种磁制冷系统,其包括:
蓄冷床1和磁体2,还包括蓄冷床安装盘4、所述蓄冷床1被设置(优选固定)于所述蓄冷床安装盘4上,且所述蓄冷床1和所述蓄冷床安装盘4能一体旋转、使得所述蓄冷床1与所述磁体2间产生相对运动而完成加磁或去磁的过程;
还包括旋转轴5,所述旋转轴5与所述蓄冷床安装盘4连接(优选固定)、且也能与所述蓄冷床安装盘4一体旋转;所述旋转轴5上设置有供换热流体流动的流路,所述换热流体能够通过所述流路从外部进入所述蓄冷床1中、也能通过所述流路从所述蓄冷床1流出至外部。
本实用新型通过蓄冷床安装盘的设置,使得蓄冷床被安装设置于蓄冷床安装盘上,并且蓄冷床和蓄冷床安装盘一体旋转,能够使得蓄冷床被有效地驱动运动、进而相对于磁体产生相对运动、完成对蓄冷床中磁工质的加磁或去磁,这样既能够解决现有的通过永磁体转动而产生耗能大、机械效率低的技术问题,还能通过旋转轴的结构设置、通过其上设置的流路以及随蓄冷床一体旋转的方式,解决现有中因为蓄冷床旋转而造成的管路缠绕与结构复杂的问题。
蓄冷床旋转结构由图1示出,所述的磁体2(优选永磁体组件)安装在固定平台3上,固定平台上安装有旋转轴5,旋转轴5可以饶其中心轴旋转。所述的蓄冷床安装盘4固定在旋转轴上,能够随着旋转轴一起转动。蓄冷床安装盘上安装着蓄冷床1,因此蓄冷床1同样地依靠依附在蓄冷床安装盘上饶这旋转轴旋转。
由此形成了永磁体固定,蓄冷床旋转的加去磁结构。当蓄冷床旋转至永磁体磁隙中时,实现加磁,当蓄冷床离开永磁体磁隙时实现去磁。在加去磁的过程中,蓄冷床内的磁工质会进行升温及降温的效应,再通过蓄冷床内的流体流动将热量转移,从而实现制冷。由于本实施方式是通过旋转蓄冷床方式实现加去磁,而蓄冷床要比永磁体组件轻便的多,因此能够起到提升机械效率的效果。
优选地,
所述蓄冷床1、所述蓄冷床安装盘4和所述旋转轴5的旋转中心相重合;和/或,所述旋转轴5设置于所述蓄冷床安装盘4的上方或下方;和/或,所述磁体2的底部还设置有固定平台3。这是本实用新型的旋转轴的优选结构形式,其与蓄冷床、蓄冷床安装盘中心重合能够使得三者一体旋转,旋转轴可设置于蓄冷床安装盘上方以从上方为蓄冷床提供流体以及将流体从上方导出,或是旋转轴可设置于蓄冷床安装盘下方以从下方为蓄冷床提供流体以及将流体从下方导出,通过固定平台能够对磁体进行支撑。
优选地,
所述旋转轴5包括沿轴线方向排布的两个以上的凸起结构51,在两相邻凸起结构51之间形成凹槽结构52、所述凹槽结构52形成供流体流动的空间,所述流动的空间构成所述流路的部分结构。通过在旋转轴上设置的两个以上的凸起结构和凹槽结构,能够在凹槽结构中通入换热流体,并通过流通管路、流路进口和连通管将换热流体连通至蓄冷床中,或从蓄冷床中导出,使得换热流体能够顺利地从旋转轴上通过流路进入到蓄冷床,以及从蓄冷床顺利地从旋转轴被导出,因此有效且优质地克服了现有采用多个管路连接而在蓄冷床以及永磁体位置产生管路复杂缠绕、结构混乱等缺陷,使得流体被沿着旋转轴向上或向下导出一定高度后(避开了蓄冷床和永磁体的高度)再被管路进行导出,使得管路极为简单、结构简单了很多,简化了整机的流路,缩短了整机流路长度,提升了换热效率。
优选地,
所述旋转轴5还包括从其底端或顶端穿设至其中一个所述凹槽结构52中的流通管路53,所述流通管路53在其所述底端或顶端处形成为流路进口或出口54。通过流通管路能够将凹槽结构与蓄冷床内部连通起来,实现换热流体的传输作用。
优选地,
所述流路进口或出口54为两个以上,所述流通管路53也为两个以上、且与所述流路进口或出口54一一对应设置;所述凹槽结构52也为两个以上、且与所述流通管路53一一对应设置,每个流通管路53穿设进入与其对应的凹槽结构52的位置并与其连通。流路进口或出口为两个以上能够使其将两个以上的蓄冷床实现流体的导通作用,因为每个蓄冷床均设置一个进口和一个出口,因此一个流路进口需要通过一个流通管路将其与蓄冷床的进口连通、一个流路出口需要通过一个流通管路将其与蓄冷床的出口连通,从而完成多个蓄冷床的换热流体的传输和换热的过程。如图2b所示,其具有4个流路进口和4个流路出口,实现12个蓄冷床的连通作用(3个蓄冷床通过连通管与一个流体进口或出口连通、而每个床有一个进口和一个出口)。
优选地,
所述凹槽结构52为8个,所述流通管路53也为8个,所述流路进口或出口54也为8个。这是本实用新型的凹槽结构、流通管路以及流路进口或出口的优选个数,能够实现12个蓄冷床的连通作用(3个蓄冷床通过连通管与一个流体进口或出口连通、而每个床有一个进口和一个出口)。
旋转轴上具有流路结构,所述的流路结构如图2a-2b所示。旋转轴5上具有凹槽结构52(本专利实施方案共有8个凹槽结构),每一个凹槽具有对应的流通管路53,通过对应的管路结构通至底部的流路进口或出口54,从而依靠凹槽-管路-进口形成独立的流路系统,本实施方案为8个独立流路,其数目由磁制冷系统决定,若采用其他数目也在本专利保护范围之内。因此此八个独立流路是一个可以饶中心轴旋转的八个独立流路系统。
优选地,
每个所述蓄冷床1包括进口11和出口12,所述磁制冷系统还包括连通管8,所述连通管8包括能与所述流路进口或出口54相连通的主管路81、和与所述蓄冷床的进口11或出口12相连通的支管路82。这是本实用新型的进一步优选结构形式,即通过连通管以及连通管中包括的主管路和支管路,能够通过连通管将多个蓄冷床共同连通至同一主管路、并且统一导出或导入,因为该相同支管路连通的几个蓄冷床的状态均为相同(即加磁或去磁),因此可统一连接,实现了结构的简单且可靠的运行。
优选地,
所述支管路82为两个以上、且每个所述支管路82对应地连通一个所述蓄冷床1的进口11或出口12。这是本实用新型的支管路与蓄冷床的优选个数和连接关系,能够实现多个蓄冷床之间被共同连通进入同一个流通管路中被统一导出或导入,实现了针对状态相同的蓄冷床统一管理的效果。
优选地,
所述磁制冷系统还包括与所述凹槽结构52对应设置的密封件6,所述密封件6能够密封住所述凹槽结构52、而使得所述凹槽结构52和所述密封件6之间共同形成密封的空腔,且所述密封件6固定不转动。本实用新型还通过在旋转轴上设置的密封件结构,能够有效封闭每个流路结构,并且动态密封结构件固定在整机壳体上,能够相对于轴转动而相对于整机静止,实现将运动的流路输出为静止的流路,实现了动态密封,使整机运行可靠轻便,解决了采用旋转蓄冷床时而会出现的动态密封的问题。
优选地,
所述密封件6包括圆环形的主体结构62,所述主体结构62能套设于所述凹槽结构52的周向外侧,所述密封件6还包括贯通所述主体结构62的内壁和外壁之间而设置的密封进口或出口63。这是本实用新型的密封件的优选结构形式,通过圆环形的主体结构以及套设的方式,能够使得对凹槽结构形成有效的密封连接的作用,形成密封的空腔,使得流体在该空腔中被储存,并通过密封进口或出口63能将空腔中的流体导出或将外部的流体导入该空腔中。
优选地,
所述密封件6还包括在圆环形的所述主体结构62的内壁的内侧、与所述凸起结构51相对应的位置而设置的密封体61;和/或,所述主体结构62上还连接设置有固定结构64、通过所述固定结构64将所述主体结构62固定。
通过密封体的结构能够进一步实现对凹槽结构部分的密封作用,提高密封效果;通过固定结构能够有效将主体结构实现固定作用,该密封件固定不动,使得旋转轴与密封件直接形成动态密封,提高密封效果。
8个凹槽两侧均有凸起结构51,所述凸起结构51为与密封件6相配合的结构,通过此配合方式形成旋转密封结构,如图3a-图4。密封件6在结构上分为密封体61(优选橡胶密封件),主体结构62,密封进口或出口63,固定结构64组成。其中橡胶密封件(或其他材料密封件也在本专利保护范围)与旋转轴上凸起结构51紧密配合,从而与轴上的8个凹槽结构组成封闭的流路结构,橡胶密封件相对于壳体为静止状态。密封件6固定在壳体7上,安装在壳体7上的旋转密封件安装结构71上,因此旋转密封件并不做旋转运动,与壳体一样处于静止状态。主体结构62、密封进口或出口63及固定结构64均是旋转密封件上的结构形式,一同构成了一个可以密封轴上的8个凹槽流路系统,并且将可轴向转动的8个凹槽流路系统的出口转变为静止的密封进口或出口63。
至此,旋转密封结构形成。旋转轴上最底部具有8个流路进口或出口54,流路进口或出口54连接着蓄冷床的进出口,并随着旋转轴做旋转运动,通过轴上的凹槽流路结构及密封件6的配合,转换成一个具有静止状态的密封进口或出口63,从而顺利地化动为静,只要将外部的管路接入8个密封进口或出口63即可。
具体的流路结构如图5a、图5b所示。本专利中使用三个永磁体组件(若使用其他周向布置也属于本专利保护范围),每120°布置一个永磁体组件,对应有12个蓄冷床。因此相隔120°的蓄冷床的状态时一致的,故每个120°的蓄冷床可连接成一个流路。如图5、图6中,具有连通管8,连通管8具有三个相隔120°的支管路82,分别连接进对应的相隔120°的蓄冷床。连通管8的支路连接方式可以是通过三通、四通等结构实现,本实用新型中未描述其具体形式。连通管8实现将三个状态一样的蓄冷床进口(或出口)汇聚成一条主路,然后再将主路连接到旋转轴上的流路进口或出口54上。实际运行时,蓄冷床1与连通管8以及旋转轴5一同旋转,蓄冷床内的流体经连通管8流至旋转轴上的流路系统,再流至旋转密封件6,最终从静止状态的密封进口或出口63出去。由于密封进口或出口63处于静止状态,因此再连接外部管路时不会出现管路缠绕或干涉情况,真正实现旋转密封。
如图5a-图6所示的,其他的蓄冷床进出口的连接方式与上述方式一样,连接到旋转轴上的8个流路进口或出口54上,再通过轴上的流路系统、旋转密封件,最终从8个密封进口或出口63出去。从而形成整机的运行系统,如图6所示。
本实用新型还提供一种磁制冷装置,其包括前任一项所述的磁制冷系统。
本实用新型在于:
1.蓄冷床全部安装在同一固定板上,固定板安装在轴系上,通过旋转固定板来旋转蓄冷床,用磁体则静止固定在整机上。
2.旋转轴上具有相应的流路结构(优选地选择开槽结构),并布置有多层流路结构,流路结构数目依据实际流路需求数目来定。
3.底层流路结构具有多个孔位,相应孔位与蓄冷床进出口连接。蓄冷床进出口通过这些孔位分别通过设置在流路结构的管路通道分别地进入对应的流路结构上。
4.轴上布置有动态密封结构件,这些动态密封结构件分别布置在每个流路结构上,用以封闭每个流路结构。并且动态密封结构件固定在整机壳体上,能够相对于轴转动而相对于整机静止,实现将运动的流路输出为静止的流路。
有益效果:
1.提升了整机的机械运行效率,避免了驱动机构需要驱动笨重的磁体组件。
2.实现了动态密封,使整机运行可靠轻便。
3.简化了整机的流路,缩短了整机流路长度,提升了换热效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。