旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)的技術(shù)研究進(jìn)展

1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)通過磁場和 AMR 的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)AMR的勵磁和退磁。與雙AMR型往復(fù)式磁制冷機(jī)一樣，旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)也能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)制冷，區(qū)別在于，前者為了實現(xiàn)連續(xù)制冷，換熱流體必須配合兩個 AMR 的運(yùn)行狀態(tài)實時改變流向，因此，流體不是單向流動，易出現(xiàn)死體積與冷熱流體混合等問題。而旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)中換熱流體一般為單向流動，避免了死體積與流體混合問題。

往復(fù)式磁制冷機(jī)運(yùn)行時有很大的慣性力，限制了其運(yùn)行頻率的提高，導(dǎo)致磁制冷機(jī)制冷性能無法提升。旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)由于采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，慣性力影響較小，因此可以實現(xiàn)更高的工作頻率。

此外，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要的空間較往復(fù)運(yùn)動小，因而系統(tǒng)緊湊；驅(qū)動磁場和 AMR 相對運(yùn)動的功耗更小，制冷機(jī)效率更高。高頻率運(yùn)行也對磁制冷機(jī)設(shè)計提出了更高的要求，磁制冷機(jī)流路與散熱器都要更加精細(xì)地設(shè)計，確保在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)良好的換熱效果，同時要確保運(yùn)行時的平穩(wěn)與低噪聲。

2、磁制冷機(jī)分類及性能對比

2.1 非嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)

1978年Steyert設(shè)計了世界上首臺非嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式室溫磁制冷機(jī)。此類磁制冷機(jī)，磁場大多為半圓環(huán)形狀，AMR為圓盤狀。

AMR或磁場在電機(jī)帶動下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使得磁制冷工質(zhì)周期性勵磁和退磁，從而實現(xiàn)制冷循環(huán)。目前的非嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式室溫磁制冷機(jī)較往復(fù)式室溫磁制冷機(jī)制冷性能有較大的提升，原因有：

（1）運(yùn)行頻率提高，使制冷性能改善；

（2）換熱流體多為單向流動，避免了冷熱流體混合及死體積造成的能量損失問題；

（3）采用了分層床技術(shù)，利用居里溫度不同的多種磁制冷工質(zhì)提高制冷能力。

然而非嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式室溫磁制冷機(jī)存在流路復(fù)雜、管道連接處多、流體泄漏等問題，其流路系統(tǒng)還須進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2 嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)

嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)結(jié)合了旋轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī)和往復(fù)式磁制冷機(jī)的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)行易于控制，符合小型化、緊湊型發(fā)展趨勢；可根據(jù)需求增加AMR的數(shù)量，提高制冷量；靜止的 AMR避免了流路復(fù)雜、流體泄漏等問題；此外，可與其他制冷方式耦合提升制冷機(jī)的性能。然而，由于嵌套磁場中心孔徑較小，能容納的制冷工質(zhì)較少，磁體的利用率不高，制冷能力有限；此外，由于磁場內(nèi)外圓筒形磁體尺寸不同，Z低磁場強(qiáng)度不為零，導(dǎo)致AMR退磁時磁場變化量較小，磁制冷工質(zhì)磁熱效應(yīng)減小，進(jìn)而導(dǎo)致制冷性能下降，因此仍需要對磁場進(jìn)行優(yōu)化。

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