本发明专利技术公开了一种基于热电磁耦合的室温固态制冷装置，包括机架、磁体转动机构、流体换热机构和热电磁固态制冷单元；所述磁体转动机构包括电机、竖直布置的转轴和若干U型磁体；所述电机安装在机架上，电机的输出端与转轴的下端相连，转轴的上端周向间隔安装U型磁体，U型磁体的中部开设有向外的与热电磁固态制冷单元适配的槽口；所述流体换热机构包括换热器和管路组件，换热器的内端与管路组件相连形成循环回路，换热流体在循环回路内流动；换热器的外端安装热电磁固态制冷单元。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术中热电磁固态制冷元件与换热器固定连接，避免了两者之间的动态接触，显著提高了换热效率，同时简化了制冷装置的结构。同时简化了制冷装置的结构。同时简化了制冷装置的结构。
【技术实现步骤摘要】
一种基于热电磁耦合的室温固态制冷装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种制冷设备，具体涉及一种基于热电磁耦合的室温固态制冷装置及方法。
技术介绍
[0002]目前,市面上广泛使用的制冷设备普遍采用传统的蒸气压缩制冷技术，具有制冷功率高、制冷系数大的优势。但是，蒸气压缩制冷技术存在因制冷剂泄露而引起强温室效应或臭氧层破坏等环境问题，在“双碳行动”的大背景下其未来使用将受到严格限制。因此，开发高效绿色环保的固态制冷技术是制冷领域持续发展的关键一环。
[0003]磁卡制冷技术是一种新型制冷技术，其核心是利用磁卡材料的磁热效应实现吸热和放热。磁卡材料位于磁场内时，由于磁熵降低导致其温度升高；当磁卡材料退出磁场时,由于磁熵增大引起温度下降，从而实现制冷。磁卡制冷是一种典型的绿色环保型制冷技术，制冷装置无需制冷剂、无污染物排放。但是，磁卡制冷装置由于采用液体作为回热介质，还存在回热损失大的问题，导致目前磁卡制冷技术的制冷系数仍处于较低水平，还无法与空气压缩制冷抗衡。
[0004]热电制冷技术是一种基于帕尔贴效应的固态制冷技术。当一定大小的直流电通过热电材料时，热电材料两端将分别出现吸热和放热现象。热电制冷也是一种绿色固态制冷技术，具有无需机械部件、响应速度快和制冷温差大等优势。由于受限于热电材料的热电转换性能，目前热电制冷技术的制冷系数不高，主要应用于一些对制冷量要求不大的场景，如微型冰箱、饮水机和探测器制冷器等。
[0005]现有的磁卡制冷技术或热电制冷技术的制冷系数很难达到传统蒸汽压缩制冷技术的水平，这也极大限制了其应用。如果将这两种绿色制冷技术结合、同时发挥出两种制冷技术的优势，则有望实现一种新的更高效的制冷模式。已有相关单位设计了热电制冷与磁卡制冷耦合的制冷装置。专利CN 111174461 A公开了一种基于热开关的热电制冷和磁卡制冷的复合制冷器件，其以热电器件作为热开关来控制磁卡制冷装置的散热和吸热过程，是一种将热电器件与磁卡制冷组装搭配的工作方式。专利CN 109764575 A公开了一种热电与磁卡耦合的制冷装置，将热电材料与磁热材料复合后形成长柱状，并在磁场作用下提高散热端与制冷端温差，实现高效制冷；该装置是利用磁热效应来增强散热端和吸热端的热交换能力，主要以热电制冷为主，但未充分考虑磁制冷的回热过程。专利CN 114017946 A和CN 112254370 A公开了基于热电磁耦合的全固态制冷器件和制冷装置，并设计了一种基于布雷顿循环的新工作机制，实现了热电磁材料在可换向电场和可变磁场条件下的制冷方式。
[0006]然而，上述基于热电磁耦合的制冷装置普遍存在以下问题：1、制冷元件与换热器之间需要动态配合，因此存在配合不紧密、影响传热问题。若配合过于紧密，则制冷元件与换热
[0007]器之间的摩擦或碰撞将影响器件寿命；2、由于制冷元件需要持续的动态旋转，必须单独布5置电路，这给电路布置造成困难、易造成线路故障；3、制冷元件在移动过程中会
与环境换
[0008]热，从而影响制冷效率。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种制冷效率高、结构紧凑的基于热电磁耦合的室温固态制冷装置及方法。
[0010]0本专利技术采用的技术方案为：一种基于热电磁耦合的室温固态制冷装置，包括机架、磁体
[0011]转动机构、流体换热机构和热电磁固态制冷单元；
[0012]所述磁体转动机构包括电机、竖直布置的转轴和若干U型磁体；所述电机安装在机架上，电机的输出端与转轴的下端相连，转轴的上端周向间隔安装U型磁体，U型磁体的中部开设
[0013]有向外的与热电磁固态制冷单元适配的槽口；
[0014]5所述流体换热机构包括换热器和管路组件，换热器的内端与管路组件相连形成循环回路，
[0015]换热流体在循环回路内流动；换热器的外端安装热电磁固态制冷单元；
[0016]当电机驱动转轴转动时，U型磁体随之转动，使热电磁固态制冷单元进入U型磁体的瓷藏覆盖范围内励磁，热电磁固态制冷单元通过换热器散热，或使热电磁固态制冷单元移出U型磁体的磁场覆盖范围退磁，热电磁固态制冷单元通过换热器吸热。
[0017]0按上述方案，所述热电磁固态制冷单元包括若干串联的热电磁制冷元件和可换向电流源；
[0018]热电磁制冷元件安装在换热器上；所述热电磁固态制冷元件包括一个P型热电磁固态制冷件、一个N型热电磁固态制冷件和外环电极，N型热电磁制冷件和P型热电磁制冷件的外环通过外环电极相连；相邻两个热电磁制冷元件中，前一级热电磁制冷元件的N型热电磁固态制
[0019]冷件的内端与后一级热电磁制冷元件的P型热电磁制冷件的内端通过导线相连；首级热电磁5制冷元件的P型热电磁制冷件或N型热电磁制冷件的内端、末级热电磁制冷元件的N型热电
[0020]磁制冷件或P型热电磁制冷件分别通过导线与可换向电流源的正、负极相连。
[0021]按上述方案，磁体转动机构的U型磁体通过上端的上夹板和下端的下夹板固定在转轴上，上下夹板水平；转轴依次穿过上夹板和下夹板且与二者相连，转轴的上端与上层固定板顶部的定位轴承相连；上下夹板和U型磁体均随转轴转动。
[0022]0按上述方案，U型磁体由两块呈扇形磁体上下对称连接而成，U型磁体的内侧面为与转
[0023]轴适配的弧面；两块扇形磁体的连接段形成槽口，槽口产生的有效磁场面积覆盖至少一个热电磁固态制冷元件，且磁场方向垂直作用于热电磁固态制冷元件中的电流方向。
[0024]按上述方案，换热器包括基座和盖板，所述基座的后端开设有换热流体的流道，流道两端分别为端口A和端口B；基座内开设有凹槽作为换热流体的内部流路，与流道连通；流
路上部通过盖板密封连接；所述基座的底部伸出一个平台，热电磁固态制冷元件安装在换热器的平台上；热电磁固态制冷元件的外环电极与基座和盖板的内沿接触，基座和盖板的内沿为上下对齐的传热面。
[0025]按上述方案，基座和盖板的内沿为与外环电极适配的弧面。
[0026]按上述方案，外环电极的外环面涂覆金属氧化膜；热电磁固态制冷元件与平台采用不导热绝缘胶固定。
[0027]按上述方案，所述换热器包括第一换热器和第二换热器；管路组件包括第一三通阀、热循环泵、冷循环泵和第二三通阀，所述第一三通阀的接口A与第一换热器的流体通道端口A连通，第一换热器流体通道的端口B与第二换热器流体通道的端口B连通，第二换热器流体通道的端口A与第二三通阀的接口A连通；所述第一三通阀的接口B通过管路与热循环泵的一个接口连通，热循环泵的另一接口通过管路与第二三通阀的接口C连通；所述第一三通阀的接口C与冷循环泵的一个接口连通，冷循环泵的另一个接口通过管路与第二三通阀的接口B连通。
[0028]按上述方案，热循环泵连接有蓄热器和散热风扇；冷循环泵还连接有蓄冷器和制冷风扇。
[0029]本专利技术还提供了一种基于热电磁耦合的室温固态制冷方法，该方法为：提供如上所述室本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于热电磁耦合的室温固态制冷装置，其特征在于，包括机架、磁体转动机构、流体换热机构和热电磁固态制冷单元；所述磁体转动机构包括电机、竖直布置的转轴和若干U型磁体；所述电机安装在机架上，电机的输出端与转轴的下端相连，转轴的上端周向间隔安装U型磁体；所述流体换热机构包括换热器和管路组件，换热器的内端与管路组件相连形成循环回路，换热流体在循环回路内流动；换热器的外端安装热电磁固态制冷单元；当电机驱动转轴转动时，U型磁体随之转动，使热电磁固态制冷单元进入U型磁体的瓷藏覆盖范围内励磁，热电磁固态制冷单元通过换热器散热，或使热电磁固态制冷单元移出U型磁体的磁场覆盖范围退磁，热电磁固态制冷单元通过换热器吸热。2.如权利要求1所述的室温固态制冷装置，其特征在于，所述热电磁固态制冷单元包括若干串联的热电磁制冷元件和可换向电流源；热电磁制冷元件安装在换热器上；所述热电磁固态制冷元件包括一个P型热电磁固态制冷件、一个N型热电磁固态制冷件和外环电极，N型热电磁制冷件和P型热电磁制冷件的外环通过外环电极相连；相邻两个热电磁制冷元件中，前一级热电磁制冷元件的N型热电磁固态制冷件的内端与后一级热电磁制冷元件的P型热电磁制冷件的内端通过导线相连；首级热电磁制冷元件的P型热电磁制冷件或N型热电磁制冷件的内端、末级热电磁制冷元件的N型热电磁制冷件或P型热电磁制冷件分别通过导线与可换向电流源的正、负极相连。3.如权利要求2所述的室温固态制冷装置，其特征在于，磁体转动机构的U型磁体通过上端的上夹板和下端的下夹板固定在转轴上，上下夹板水平；转轴依次穿过上夹板和下夹板且与二者相连，转轴的上端与上层固定板顶部的定位轴承相连；上下夹板和U型磁体均随转轴转动。4.如权利要求3所述的室温固态制冷装置，其特征在于，U型磁体由两块呈扇形磁体上下对称连接而成，U型磁体的内侧面为与转轴适配的弧面；两块扇形磁体的连接段形成槽口，槽口产生的有效磁场面积覆盖至少一个热电磁固态制冷元件，且磁场方向垂直作用于热电磁固态制冷元件中的电流方向。5.如权利要求2所述的室温固态制冷装置，其特征在于，换热器包括基座和盖板，所述基座的后端开设有换热流体的流道，流道两端分别为端口A和端口B；基座内开设有凹槽作为换热流体的内部流路，与...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏平，薛天畅，赵文俞，李龙舟，贺丹琪，聂晓蕾，朱婉婷，张清杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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