电磁铁组件的冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及电磁铁组件的冷却结构。一种用于磁热制冷装置的组件包括磁热磁芯。电磁铁线圈可围绕磁热磁芯卷绕。组件还包括一个或更多冷却结构，以提取从电磁铁线圈产生的废热。在一些实施例中，组件可包括设置在磁热磁芯的纵向端处的一个或更多磁轭。在磁轭的顶表面和底表面中的至少一个处设置有微通道结构。在其它实施例中，组件可包括围绕电磁铁线圈设置的线圈壳。线圈壳包括冷却结构，例如但不限于微通道结构、鳍片结构和热管结构。

【技术实现步骤摘要】

在文中公开的实施例一般地涉及电磁铁组件，且更具体地，涉及用于磁热制冷系统的电磁铁组件。
技术介绍
磁热制冷基于磁热材料的交替磁化和退磁。当在大约居里温度下操作时，磁热材料在磁化时变热且在退磁时冷却。制冷剂可从磁化的磁热材料吸收热且在制冷循环的一个步骤中将热排放至环境。类似地，在制冷循环的另一个步骤中，制冷剂可从冷却的外壳吸收热，且将热释放至退磁的磁热材料。在磁热制冷装置中，磁热材料的交替磁化和退磁可通过一个或更多电磁铁实现。 典型地，电磁铁通过使交流电经过导电线圈而产生热。所产生的热可促使降低电磁铁的载流线圈的寿命。另外，来自载流线圈的热可被转移至磁热材料，且可加热磁热材料超过居里温度。然而，为了磁热制冷装置的稳定操作，磁热材料必须被维持在磁热材料的居里温度下或居里温度附近。可使用例如液体冷却和强制空气冷却的主动冷却方法以冷却磁热制冷装置的电磁铁。然而，电磁铁的过量冷却可从磁热材料带走热，从而导致磁热材料的温度降至居里温度以下。因而，存在对于调节磁热制冷装置中的电磁铁组件的冷却的改进系统的需要。
技术实现思路
用于磁热冷却的组件包括磁热磁芯、围绕磁热磁芯卷绕的一个或更多电磁铁线圈、和具有设置在磁热磁芯的纵向端处的顶表面和底表面的一个或更多磁轭。磁轭的顶表面和底表面中的至少一个在其上已经设置了微通道结构。磁轭与电磁体线圈热耦合，且与磁热磁芯热隔离。一种用于磁热冷却的组件包括一个或更多磁热磁芯、和围绕一个或更多磁热磁芯卷绕的一个或更多电磁铁线圈。该一个或更多电磁铁线圈与一个或更多磁热磁芯热隔离。 该组件还包括设置在一个或更多电磁铁线圈周围的线圈壳。该线圈壳包括设置在其上的冷却结构，其中，线圈壳包括磁性材料。磁热冷却系统包括磁热热泵，磁热热泵包括一个或更多磁热磁芯、围绕一个或更多磁热磁芯卷绕的一个或更多电磁铁线圈、和用于从一个或更多电磁铁线圈提取废热的电磁铁冷却结构，该电磁铁冷却结构与一个或更多电磁铁线圈热耦合且与一个或更多磁热磁芯热隔离。该系统还包括与一个或更多磁热磁芯热耦合的源热交换器和与一个或更多磁热磁芯热耦合的沉热交换器(sink heat exchanger)。激励模块对一个或更多电磁铁线圈供给时变电流。联接至电磁铁冷却结构的废热处置模块将由电磁铁线圈产生的废热舍弃至环境。附图说明图1图示了根据一个实施例的示例性电磁铁组件；图2图示了根据一个实施例的电磁铁组件的轭；图3图示了根据一个实施例的电磁铁组件的轭的截面图；图4图示了根据另一个实施例的示例性电磁铁组件；图5至图8图示了根据各个实施例设置在电磁铁组件的轭上的散热片的各种设计；图9至图15图示了根据各个实施例设置在电磁铁组件的冷却结构上的散热片的各种设计；以及图16图示了根据一个实施例的示例性磁热冷却系统。零部件列表100用于磁热制冷装置中的组件102 磁芯104 电磁铁线圈106 磁轭108 线圈壳202微通道结构204 入口端口206 出口端口302 板304 冷却剂管400用于磁热制冷装置中的组件402 磁芯404 隔离件406 电磁铁线圈408 磁轭410 线圈壳1600磁热冷却系统1602磁热热泵1604磁热磁芯1606电磁铁线圈1608冷却结构1610源热交换器1612沉热交换器1614激励模块1616废热处理系统具体实施例方式公开了一种用于磁热制冷装置的组件。磁热制冷基于将磁热(MC)材料保持在它5们的居里温度时磁热(MC)材料的循环绝热的磁化和退磁。MC材料在它们被磁化时变热，且在退磁时冷却。在一个实施例中，磁热制冷装置可包括多个磁热模块，各磁热模块均包括具有特定居里温度的MC材料。用于各个磁热模块的MC材料的居里温度可被合适地选择，使得连续的模块提供宽范围的操作温度。在各个磁热模块中，MC材料可由电磁铁组件磁化。该电磁铁组件可包括围绕磁芯卷绕的一个或更多电磁铁线圈。在一个实施例中，磁芯可由MC材料制成。在一个示例性实施例中，通过用具有合适频率和振幅的方波电信号对电磁铁线圈激励来周期性地对MC材料进行磁化和退磁。电流通过电磁铁线圈引起电磁铁线圈变热。这样的加热可影响MC材料，且可使磁热模块的操作不稳定。在文中描述的实施例公开了用于移除由电磁铁组件产生的热的系统，使得将MC材料维持在相应的居里温度下或附近。图1图示了根据一个实施例用于磁热制冷装置的示例性组件100。电磁铁组件100 包括磁芯102、一个或更多电磁铁线圈104、和一个或更多磁轭106。组件100还可包括线圈壳 108。在图1中所示的实施例中，磁芯102可由磁热材料制成。示例性磁热材料包括钆、 镧、锰、镨和它们的合金。磁芯102可包括用于热交换流体的流动的至少一个通路。电磁铁线圈104可围绕磁芯102卷绕。电磁铁线圈104可由合适的导体制成，例如但不限于叠层的铜线。电磁铁线圈104可不与磁芯102直接物理接触。此类装置减少了从电磁铁线圈104 至磁芯102的热传导。通过在磁芯102和电磁铁线圈104之间插入合适的热隔离材料，电磁铁线圈104可与磁芯102热隔离。磁轭106可被设置在磁芯102的纵向端处。磁轭106 可由例如软铁的合适的铁磁性材料制成。磁轭106可已在其上设置微通道结构。微通道结构提供了穿过磁轭106的冷却剂流，从而移除由电磁铁线圈104因电流通过而产生的热。 轭106可与电磁铁线圈104热耦合，以有效地移除在其上产生的热。另外，轭106可与磁芯 102热隔离。可通过在轭106和磁芯102之间插入合适的隔热体来实现热隔离。备选地，热隔离可通过在轭106和磁芯102之间提供空气间隙而实现。联系图5至图8描述了示例性磁轭。组件100还可包括线圈壳108。外壳108包围围绕磁芯102卷绕的电磁铁线圈104。 在一个实施例中，线圈壳108可由导热材料制成，例如但不限于铝、铜等。在另一个实施例中，线圈壳108由磁性材料制成。示例性磁性材料包括软铁、钴、镍和它们的合金。在一些实施例中，线圈壳108可设置有冷却结构。在一个实施例中，冷却结构可以是线圈壳108的外表面的整体部分。在一个备选实施例中，单独设计的冷却结构可周向设置在线圈壳108 周围。此类单独冷却结构可通过机械压力或通过合适的热化合物与线圈壳108热耦合。冷却结构可包括鳍片。取决于组件100的冷却要求，设置在冷却结构上的鳍片可构造成用于自然对流冷却或强制对流冷却。例如，紧密间隔的鳍片可被用于强制对流冷却， 而远离间隔的片可被用于自然对流冷却。备选地，冷却结构可包括微通道结构。该微通道结构可螺旋形地设置在冷却结构的外表面上。冷却剂可通过微通道结构以从组件100移除废热。取决于冷却要求，冷却剂可以是气体，例如但不限于压缩空气或压缩氮气；或可以是液体，例如但不限于水、乙二醇、 聚乙二醇、甲醇和它们的混合物。液体冷却剂可包括其它添加剂，例如防腐剂。6在又另一个实施例中，冷却结构可包括热管结构。热管结构是由金属(例如但不限于铜和铝)制成的密封且抽空的管结构，充满了合适的工作流体。工作流体可根据组件 100的冷却要求被选择。例如，工作流体可包括用于极低温度的液态氦，用于高温的汞和用于中等温度的乙醇、甲醇、水和氨。图2图示了根据一个实施例的轭106的顶视图。轭106包括微通道结构202。在一个实施例中，微通本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种组件（１００，４００），包括：磁热磁芯（１０２，４０２）；至少一个电磁铁线圈（１０４，４０６），其围绕所述磁热磁芯卷绕；和一个或更多磁轭（１０６，４０８），其具有设置在所述磁热磁芯（１０２，４０２）的纵向端处的顶表面和底表面，其中，所述顶表面和所述底表面中的至少一个在其上设置了微通道结构（２０２），且其中所述磁轭（１０６，４０８）与所述至少一个电磁铁线圈（１０４，４０６）热耦合，并与所述磁热磁芯（１０２，４０２）热隔离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·苏布拉马尼亚姆，S·C·梅农，C·萨米亚潘，J·J·巴夫，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US