旋轉(zhuǎn)式磁制冷機的技術(shù)研究進展

1、結(jié)構(gòu)特點

旋轉(zhuǎn)式磁制冷機通過磁場和 AMR 的相對旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)AMR的勵磁和退磁。與雙AMR型往復式磁制冷機一樣，旋轉(zhuǎn)式磁制冷機也能夠?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。

往復式磁制冷機運行時有很大的慣性力，限制了其運行頻率的提高，導致磁制冷機制冷性能無法提升。旋轉(zhuǎn)式磁制冷機由于采用旋轉(zhuǎn)運動，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)運動需要的空間較往復運動小，因而系統(tǒng)緊湊；驅(qū)動磁場和 AMR 相對運動的功耗更小，制冷機效率更高。高頻率運行也對磁制冷機設(shè)計提出了更高的要求，磁制冷機流路與散熱器都要更加精細地設(shè)計，確保在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)良好的換熱效果，同時要確保運行時的平穩(wěn)與低噪聲。

2、磁制冷機分類及性能對比

2.1 非嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式磁制冷機

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。此類磁制冷機，磁場大多為半圓環(huán)形狀，AMR為圓盤狀。

AMR或磁場在電機帶動下做旋轉(zhuǎn)運動，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)式室溫磁制冷機較往復式室溫磁制冷機制冷性能有較大的提升，原因有：

（1）運行頻率提高，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)式室溫磁制冷機存在流路復雜、管道連接處多、流體泄漏等問題，其流路系統(tǒng)還須進一步優(yōu)化。

2.2 嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式磁制冷機

嵌套磁場型旋轉(zhuǎn)式磁制冷機結(jié)合了旋轉(zhuǎn)式磁制冷機和往復式磁制冷機的優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運行易于控制，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低磁場強度不為零，導致AMR退磁時磁場變化量較小，磁制冷工質(zhì)磁熱效應減小，進而導致制冷性能下降，因此仍需要對磁場進行優(yōu)化。

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