磁熱式熱發(fā)生器及其冷卻方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁熱式熱發(fā)生器(10)，包括通過稱作初級流體的載熱流體使磁熱部件(M11、M12、M21、M22)的兩個級(E1、E2)流體連接的初級回路(P10)，所述初級流體根據(jù)往復(fù)交替運動流通，所述級(E1、E2)經(jīng)受磁系統(tǒng)(2)的變化磁場，并且初級回路包括冷側(cè)(F)和熱側(cè)(C)，所述級(E1、E2)的磁熱部件(M11、M12、M21、M22)在這兩側(cè)流體連接。初級回路的至少一個冷側(cè)(F)包括輸出點(S1)，所述輸出點通過分流管(D1)連接到該初級回路的熱側(cè)(C)的稱作注入點(I1)的另一點，所述分流管準許初級流體僅從輸出點(S1)向注入點(I1)位移。本發(fā)明的目的還有通過所述磁熱式熱發(fā)生器冷卻所述次級流體的方法。
【專利說明】
磁熱式熱發(fā)生器及其冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種磁熱式熱發(fā)生器，其包含通過稱作初級流體的載熱流體流體地連接磁熱部件的至少一個初級回路，所述初級流體根據(jù)往復(fù)交替運動流通，所述磁熱部件經(jīng)受磁系統(tǒng)的變化的磁場，所述磁系統(tǒng)在各磁熱部件內(nèi)交替地產(chǎn)生加熱磁階段和冷卻磁階段，在本發(fā)生器中，初級回路包含冷側(cè)和熱側(cè)，磁熱部件在所述冷側(cè)和熱側(cè)彼此流體地連接。
[0002]本發(fā)明還涉及一種通過磁熱式熱發(fā)生器冷卻稱作次級流體的流體的冷卻方法。
【背景技術(shù)】
[0003]自從三十多年前以來，已知在環(huán)境溫度進行磁冷的技術(shù)，并且知道該技術(shù)在環(huán)境保護以及可持續(xù)發(fā)展方面帶來的優(yōu)點。同樣已知該技術(shù)關(guān)于其有效熱功率及其效率的局限性。從那時起，本領(lǐng)域內(nèi)所進行的研究全部傾向于通過調(diào)整不同參數(shù)來改善此種發(fā)生器的性能，所述不同參數(shù)諸如磁化功率、磁熱部件的性能、載熱流體和磁熱部件之間的交換面積、熱交換器的性能等。
[0004]這些熱發(fā)生器利用一些材料的磁熱效應(yīng)(EMC)，磁熱效應(yīng)包括當(dāng)所述材料經(jīng)受變化的磁場時其溫度的變化。在此種發(fā)生器中，磁熱材料經(jīng)受磁化和消磁的相繼磁階段，并且與稱作初級流體的載熱流體的熱交換被實現(xiàn)從而因此收集由所述材料產(chǎn)生的熱能量并且在這些材料內(nèi)達到盡可能大的溫度變化(溫度梯度)。為此，初級流體的流通被交替并且該初級流體在穿過磁熱材料的管道或孔中流通。磁熱循環(huán)包括兩個階段，即:磁化階段和消磁階段，這兩個階段由在各階段可用的能量表示。該循環(huán)被重復(fù)直到數(shù)赫茲的頻率。在這些階段中，初級流體流遍磁熱材料，所述初級流體將在稱作磁化的階段時通過接觸材料而變熱，或者在稱作消磁的階段通過接觸材料而冷卻。與所述材料的熵變化相對應(yīng)的磁熱效應(yīng)，在材料的溫度最接近其居里溫度時是最大的。
[0005]然而，磁熱式熱發(fā)生器必須能夠使其產(chǎn)生的熱能量與至少一個外部應(yīng)用交換。此交換一般由一個或多個熱交換器實現(xiàn)，熱交換器的目的為釋放或與所述磁熱式熱發(fā)生器外部的一個或多個應(yīng)用交換由所述熱發(fā)生器產(chǎn)生的熱能量。這些外部應(yīng)用例如可以是環(huán)境空氣、熱發(fā)生器、熱設(shè)備或熱殼。
[0006]在傳統(tǒng)配置中，磁熱式熱發(fā)生器的磁熱部件在熱側(cè)通過熱交換器彼此相連接，并且以對稱的方式，磁熱部件在冷側(cè)同樣通過熱交換器彼此相連接。然而，經(jīng)驗表明，此種配置有局限性。
[0007]該局限性尤其是利用熱發(fā)生器的冷側(cè)時的情況。實現(xiàn)與具有相對于初級流體溫度的大溫度偏差的次級回路或應(yīng)用的熱交換的事實，其具有顯著加熱發(fā)生器的冷側(cè)并且降低其熱效率的結(jié)果。換句話說，在發(fā)生器中建立的熱梯度被降級，使得由磁熱效應(yīng)產(chǎn)生的功率的一部分必須被用于重新建立該梯度，并且因此，這部分功率將不能被一個或多個外部應(yīng)用所利用或使用。
[0008]同地樣，當(dāng)利用磁熱式熱發(fā)生器的熱側(cè)時，存在冷卻發(fā)生器的熱側(cè)以及降低其熱效率的風(fēng)險。
[0009]為了以最優(yōu)方式利用熱發(fā)生器的功率，因此需要優(yōu)化初級回路及次級回路之間的熱交換的特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明旨在通過提出上述問題的解決方案來避免這些缺點。為此，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的磁熱式熱發(fā)生器使得:在熱發(fā)生器和待冷凍、冷卻或加熱的一個或多個外部應(yīng)用之間的熱能量傳遞被優(yōu)化，以便對建立在磁熱式熱發(fā)生器中的熱梯度以及對其熱功率產(chǎn)生盡可能小的影響。本發(fā)明同樣為了目的為尤其適于在次級回路中流通的流體的持續(xù)冷卻的磁熱式熱發(fā)生器。
[0011]為此，本發(fā)明提出開始部分指出的類型的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，初級回路的所述熱側(cè)和冷側(cè)中的至少一側(cè)包含至少一個輸出點，所述輸出點通過至少一個分流管連接到該初級回路的另一個點，稱作注入點，所述分流管準許初級流體僅從輸出點向注入點在一個方向上位移。
[0012]在優(yōu)選的實施方式中，磁熱部件可以被分布在至少兩個級中，并且所述級中的一個級的磁熱部件可在冷側(cè)彼此流體連接，并且所述級中的另一個級的磁熱部件在熱側(cè)可以彼此流體連接。
[0013]在第一變型中，相連的兩個級的磁熱部件可以總是處于相反的磁階段中。在另一個變型中，相連的兩個級的磁熱部件可以總是處在相同的磁階段中。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，分流管可以通過至少一個熱交換區(qū)熱連接到次級回路。
[0015]此外，所述熱交換區(qū)可以被設(shè)計用于實現(xiàn)初級流體與所述次級回路的次級流體之間的相反流動、同向流動或交叉流動的位移。
[0016]該分流管可以有利地包括調(diào)整該分流管中流通的初級流體的流量的調(diào)整設(shè)備。
[0017]在一個實施方式中，所述至少一個輸出點位于初級回路的冷側(cè)中。在此模式中，該注入點可以位于初級回路的熱側(cè)中。
[0018]在第二實施方式中，所述至少一個輸出點位于初級回路的熱側(cè)中。在此模式中，該注入點可以位于初級回路的冷側(cè)中。
[0019]在該兩個實施方式中，該注入點可以在變型中位于磁熱部件的兩個級之間。
[0020]還在另一個變型中，該注入點可以位于各級的連續(xù)的磁熱部件之間。
[0021]此外，本發(fā)明提出一種通過開始部分指出的類型的磁熱式熱發(fā)生器冷卻稱作次級流體的流體的方法，其特征在于包括通過至少一個熱交換區(qū)將流通有次級流體的次級回路熱連接到所述磁熱式熱發(fā)生器的分流管，以及使所述次級流體在所述次級回路中連續(xù)地流通。
[0022]此種方法特別適于實現(xiàn)被持續(xù)更新的次級流體的冷卻。因此，本方法對于次級流體的冷卻是有利的，該次級流體在次級回路中，次級回路不能自己形成環(huán)路并且在次級回路中次級流體的液壓流和熱流是連續(xù)的。
【附圖說明】
[0023]參照附圖，在以非限制性舉例方式給出的本發(fā)明實施方式的如下描述中，本發(fā)明及其優(yōu)點將體現(xiàn)得更清楚，其中:
[0024]-圖1A和IB為根據(jù)第一實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0025]-圖2A至2B為根據(jù)第二實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0026]-圖3A和3B為根據(jù)第三實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0027]-圖4A和4B為根據(jù)第四實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0028]-圖5A和5B為根據(jù)第五實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0029]-圖6A和6B為根據(jù)第六實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0030]-圖7A和7B為根據(jù)第七實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0031]-圖8A和SB為根據(jù)第八實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0032]-圖9為包含圖7A和7B中示意性示出的兩級的熱發(fā)生器的簡化透視圖，
[0033]-圖1OA和1B為根據(jù)第九實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，
[0034]-圖1lA和IlB為根據(jù)第十實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖，以及
[0035]-圖12A和12B為根據(jù)第十一實施變型的熱發(fā)生器的在相反的磁階段中的兩級的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]在所示出的實施例中，相同部件或部分具有相同的標號。
[0037]本發(fā)明涉及包含磁熱部件施！、]^、]^、]^、]^!、]^〗、]^^、]^^、]^!、]^〗、]^^^、]^』々磁熱式熱發(fā)生器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110。在所示實施變型中，這些磁熱部件Mil、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Μ?14、Μ221、Μ222、Μ223、Μ224被分布成至少兩個熱級。稱作初級流體的載熱流體在穿過所述磁熱部件Mil、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Μ?13、Μ?14、Μ221、Μ222、Μ223、Μ224的至少一個初級回路中根據(jù)交替運動而位移。此初級流體具有功能:一方面，建立并維持在在熱發(fā)生器1、20、30、40、50、60、70、80的兩個端(即，冷側(cè)F與熱側(cè)C)之間的所述熱級的磁熱部件中的熱梯度，以及，另一方面，允許釋放或與至少一個外部應(yīng)用交換在所述發(fā)生器中產(chǎn)生的熱能量，也就是說，至少一個外部應(yīng)用不是熱發(fā)生器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110的一部分。此交換或此釋放通過交換區(qū)完成，該交換區(qū)可以由熱交換器體現(xiàn)。此交換區(qū)允許實現(xiàn)初級回路與屬于外部應(yīng)用的次級回路之間的熱交換。
[0038]盡管未示出，本發(fā)明同樣考慮到具有磁熱部件的單一級。
[0039]優(yōu)選地，初級流體和次級流體是液態(tài)的。次級流體優(yōu)選地通過栗或任意其他類似設(shè)備以連續(xù)的方式位移用來冷卻、加熱、或緩和外部應(yīng)用。用于與磁熱部件相接觸的初級流體可以由水、例如添加有諸如乙二醇之類的防凍劑的水、增壓或不增壓的液化氣、或甚至鹽水構(gòu)成。
[0040]各磁熱部件Mil、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、M222、M223、M224可以由適于被初級流體穿過的一個或多個磁熱材料構(gòu)成。每個磁熱部件，在本發(fā)明的意義上其必須包括具有磁熱材料的物理部件。磁熱部件尤其可以包含多種類型的磁熱材料。為此，所述磁熱部件可以是有孔的使得其孔隙形成流體流入的通道。其同樣可以呈現(xiàn)一個或多個實心塊的形狀，在實心塊中加工、模塑或注入有極小或微小管道。其還可以由板的組合構(gòu)成，在可能的情況下，板被開槽、重疊并且在板之間載熱流體可以流動。最后，其可以呈現(xiàn)粉末或粒子的形狀使得空隙形成流體的通道。允許初級流體與構(gòu)成磁熱部件Mn、M12、M21、M22、Mm、M112、M113、Mn4、M221、M222、M223、M224的材料熱交換的所有其他實施形式當(dāng)然可以適用。優(yōu)選地，構(gòu)成磁熱部件Mll、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、M222、M223、M224的磁熱材料具有不同的居里溫度，從冷側(cè)F到熱側(cè)C由最低居里溫度去向最高居里溫度過渡。
[0041]在示出的實施變型中，使磁熱部件M11J12J21J22JmJ112J113 J11LM221J22LΜ223、Μ224經(jīng)受磁場的變化的磁系統(tǒng)包含永磁體2或類似物(圖9)，并且相對于所述磁熱部件
]^11、]\112、]/[21、]/[22、]/[111、]/[112、]/[113、]/[114、]/[221、]/[222、]/[223、]/[224位移從而在所述磁熱部件]/[11、]\112、]/[21、
M22、Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、M222、M223、M224內(nèi)交替地，當(dāng)在其中施加或加強磁場時產(chǎn)生加熱階段，然后當(dāng)撤銷或減弱磁場時產(chǎn)生冷卻階段。該磁系統(tǒng)同樣可以呈現(xiàn)順次通電的電磁鐵的形式或可以產(chǎn)生磁場變化的所有其他類似裝置的形式。初級回路中初級流體的流通方向的反轉(zhuǎn)與磁熱部件見1、]\112、]/[21、]/[22、]/[111、]/[112、]/[113、]/[114、]/[221、]/[222、]/[223、]/[224的磁化和消磁階段同步，以便建立磁熱部件Mil、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、Μ222、Μ223、Μ224內(nèi)盡可能尚的溫度梯度。為此，在加熱階段穿過磁熱部件(也就是說磁化)的初級流體朝熱側(cè)C方向位移，然后當(dāng)其在冷卻階段穿過磁熱部件(也就是說消磁)時，初級流體朝冷側(cè)F位移。初級流體的流通方向由附圖中的箭頭示出。
[0042]圖1還示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施變型的連接磁熱式熱發(fā)生器10的兩級E^E2的初級回路P1Q。初級回路連接兩級E^E2并且包含根據(jù)往復(fù)交替運動來使初級流體位移的兩個致動器3。初級回路Piq因此包含穿過所述磁熱部件的初級流體的回路的兩條平行支路，并且平行支路之間在熱側(cè)C和冷側(cè)F相連接。磁系統(tǒng)由永磁體2示出。兩個SE^E2通過致動器3連接，致動器3例如是通過活動的控制凸輪輪廓而位移的活塞。此種活塞可以是剛性的或可變形的，例如薄膜。當(dāng)然，可以使用適于使初級流體位移的所有其他裝置。此外，活塞或類似物的位移可以由操縱設(shè)備控制，該設(shè)備可以是控制凸輪、磁設(shè)備、線性電機或適于根據(jù)往復(fù)運動來使所述致動器位移的所有其他裝置。
[0043]此外，級E1的磁熱部件Mn、M12連接在初級回路Piq的冷側(cè)F并且級E2的磁熱部件M21、M22連接在初級回路Piq的熱側(cè)C。根據(jù)本發(fā)明，初級回路P1Q的冷側(cè)F包含輸出點S1，該輸出AS1通過在所述初級回路P1Q的熱側(cè)C內(nèi)的分流管D1流體地連接到注入點I1。此分流管0工包含只準許流體從輸出點31向注入點I1的通過的設(shè)備?？刂瞥跫壛黧w流通方向的此種設(shè)備可以是例如逆流防止閥4。此分流管過冷的交換區(qū)Zf1，在該冷的交換區(qū)Zf沖，初級流體實現(xiàn)與次級回路6的次級流體的熱交換。
[0044]因此，強制得到在分流管D1中的流體的流通方向的事實允許確保在消磁階段只有從磁熱部件的冷側(cè)F流出的流體可以被引向該分流管D1。由此得出次級回路的冷卻能力被優(yōu)化。
[0045]來自分流管初級流體在穿過冷的交換區(qū)Zfi后被再加熱。然而，初級流體被重新注入到初級回路P1Q的熱側(cè)C中，使得該再加熱對初級回路P1Q的冷側(cè)F的溫度具有有限的影響，在制冷的情況下，這尤其有利。此外，這允許在冷的交換區(qū)Zfi中實現(xiàn)大量的交換。
[0046]此實施變型同樣可移植到具有單級的實施方式中，在該實施方式中，分流管可以將初級回路冷側(cè)的輸出點連接到熱側(cè)的注入點。
[0047]初級回路Piq在其熱側(cè)C包含兩個連續(xù)的熱交換區(qū)ZC1、ZC2，并且注入點IHi于這兩個交換區(qū)ZC1、ZC2之間。這是十分有利的，因為這允許在冷卻階段將來自分流管D1的初級流體注入到穿過磁熱部件的初級回路P1Q的部分。因此，初級流體被向在圖1A示出的階段中冷卻的磁熱部件M22重新注入，并且初級流體被重新注入到磁熱部件M21中，該磁熱部件M21在接下來的磁階段或在圖1B中示出的相反階段中冷卻。這還允許便于流體在注入點1:的混合。
[0048]熱交換區(qū)ZC1、ZC2允許排除由熱發(fā)生器10產(chǎn)生的熱，或者再加熱另一個外部應(yīng)用，例如，借助具有次級流體的次級回路7的熱交換來進行。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，分流管0工包含在其中流通有的初級流體的流量校準設(shè)備5。此校準設(shè)備5允許確定在冷交換區(qū)Zf1中初級回路Piq與次級回路6之間的熱交換容量，并且調(diào)整在初級回路P1Q和分流管0工之間的負載損失。此特征可以移植到所有所示出的實施變型中。
[0050]此外，在所示出的全部例子中，輸出點位于初級回路的冷側(cè)F中，并且為此示出為了最優(yōu)地利用磁熱式熱發(fā)生器的冷功率而被優(yōu)化的磁熱式熱發(fā)生器的配置。本發(fā)明還提供用來在熱側(cè)定位這些輸出點并且在冷側(cè)F實現(xiàn)傳統(tǒng)的交換。此種設(shè)置允許在限制所述熱交換對初級回路的熱側(cè)C的溫度帶來的影響的同時，利用由熱發(fā)生器產(chǎn)生的熱量，這尤其在加熱的情況下是有利的。這因此允許在連接到分流管的交換區(qū)中實現(xiàn)大量的交換，在該分流管中輸出點位于初級回路的熱側(cè)。換句話說，所示出的全部例子可以通過顛倒熱側(cè)C和冷側(cè)F而被移植，以便獲得更大的容量來再加熱或提高外部應(yīng)用的次級流體的溫度。
[0051 ]圖2A和2B示出磁熱式熱發(fā)生器20的初級回路P2q的實施變型，該變型與在圖1A和IB中示出的磁熱式熱發(fā)生器的區(qū)別在于熱側(cè)C。在此變型中，初級回路P2Q的熱側(cè)C包含冷的單一熱交換區(qū)ZC3，其入口與出口分別構(gòu)成注入點12、13。分流管D2分開成管的兩個管道部分并且這些管道部分各自包含逆流防止閥。以此方式，還確保來自分流管D2的初級流體總是被向經(jīng)受冷卻的磁熱部件M21、M22重新注入。此種具有冷的單一交換區(qū)Zc3的配置，相對于前述熱發(fā)生器10中的具有兩個冷的交換區(qū)Zq和Zc2的配置，允許簡化熱發(fā)生器20的構(gòu)造并且為此縮減成本。
[0052]圖3A和3B示出磁熱式熱發(fā)生器30的另一實施變型。在此變型中，發(fā)生器包含兩個分流管D3、D4。分流管D4將冷側(cè)F的輸出AS2連接到熱側(cè)C的注入點I5，冷側(cè)F被直接連接到冷偵爐的級El的磁熱部件Mn，熱側(cè)C被直接連接到熱側(cè)C的級E2的磁熱部件M22，磁熱部件M22總是與另一個磁熱部件Mn處于相同磁化狀態(tài)，即在圖3A中的冷卻階段。以同樣的方式，分流管D3將冷側(cè)F的輸出點S3連接到熱側(cè)C的注入點14，冷側(cè)F被直接連接到冷側(cè)F的級磁熱部件M12，熱側(cè)C被直接連接到熱側(cè)C的級E2的磁熱部件M21，磁熱部件M21總是與另一個磁熱部件M12處于相同磁化狀態(tài)，即在圖3A中的加熱階段。在此配置中且在圖3A中示出的磁化狀態(tài)中，初級流體通過穿過磁部件Mn被冷卻并且取道穿過冷交換區(qū)Zf2的分流管D4以便通過注入點15被重新注入到熱側(cè)C的級E2的磁熱部件M22中。以單向方式的將來自冷偵爐的在冷的熱交換區(qū)Zf2中被再加熱的初級流體重新注入到熱側(cè)C中的事實允許，在該被重新注入的流體具有比熱側(cè)C中的初級流體的溫度略低或略冷的溫度的情況下，同時實現(xiàn)通過與該被重新注入的流體進行熱傳導(dǎo)/傳遞來冷卻磁熱部件M22,以及通過由消磁帶來的磁熱效應(yīng)來冷卻。這可以等效于磁熱部件M22的預(yù)冷卻。這因此可獲得以下效果:在初級回路P3q中，將熱側(cè)C與冷側(cè)F之間的熱梯度向低位移，并且因此增大熱發(fā)生器30的冷卻容量。在圖3A示出的磁化狀態(tài)中，不存在第二分流管D3中的流體位移。各分支或分流管在流量方面是獨立的并且分別可調(diào)節(jié)的。
[0053]相反地，在圖3B示出的相反的磁化階段中，不存在初級流體在第一分流管D4中的位移，而初級流體在穿過冷的交換區(qū)ZF3的第二分流管D3中位移以便通過注入點14被重新注入到熱側(cè)C的級E2的磁熱部件M21中。熱側(cè)C的熱交換以傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)。熱側(cè)C的級E2的兩個磁熱部件的端部由熱交換區(qū)ZC4分開，該熱交換區(qū)ZC4用于排出由熱發(fā)生器30產(chǎn)生的熱量或再加熱另一個外部應(yīng)用，例如，借助與次級流體的次級回路7的熱交換來進行。
[0054]圖4A和4B示出磁熱式熱發(fā)生器40的一個實施變型，其與前面各圖的熱發(fā)生器30的區(qū)別在于:分流管DdPD6的注入點I6和I?位于兩SE^E2之間。此布置在被重新注入到初級回路P4Q中的初級流體的溫度與位于兩級E1J2之間的注入點16、17處的初級流體的溫度相對應(yīng)或趨向于對應(yīng)的情況下是尤其有利的。
[0055]圖5A和5B示出磁熱式熱發(fā)生器50的一個實施變型，其與前圖4A和4B的熱發(fā)生器40區(qū)別在于:一方面，各級包含更多磁熱部件Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、M222、M223、M224并且，另一方面，分流管D7和D8的注入點18和19位于處于冷側(cè)F的級ElQ的連續(xù)的磁熱部件Mill、Mll3與Mn2、Μη4之間。此布置在從冷的交換區(qū)Zf6、ZF7流出的初級流體的溫度接近于在所涉及的連續(xù)材料Mm、Mm與Mm、Mn4之間流通的初級流體的溫度的情況下是尤其有利的。事實上，將具有與在初級回路中流通的流體相同溫度的初級流體重新注入到初級回路P5Q中的事實，不擾亂建立在初級回路中的熱梯度。這允許通過冷的交換區(qū)ZF6、ZF7來利用熱發(fā)生器50的熱功率，而不對其產(chǎn)率帶來負面影響。
[0056]此外，在熱發(fā)生器50中安置更多磁熱部件的事實允許增大其熱功率和/或熱梯度。
[0057]圖6A和6B中示出的磁熱式熱發(fā)生器60是圖4A和4B的熱發(fā)生器40的實施變型，其區(qū)別在于:磁熱式熱發(fā)生器60包含單一分流管Dg和交換區(qū)Zfs，該管在冷的交換區(qū)Zfs后分成兩個部分從而在注入點16和17將初級流體重新注入。此重新注入與參考圖4A和4B的描述的相同。其具有額外的優(yōu)點:通過需要用于初級流體流通的更少管道來縮減熱發(fā)生器60的體積。
[0058]圖7A、7B和9中示出的磁熱式熱發(fā)生器是前圖6A和6B的熱發(fā)生器60的實施變型，其區(qū)別在于:層￡1(^20含有更多的磁熱部件]/[111、]/[112、]/[113、]/[114、]/[221、]/[222、]/[223、]/[224，以便增大其熱功率和/或熱梯度并且因此提高其通過冷交換區(qū)Zf9來冷卻次級回路的次級流體的能力。初級回路P7Q包含單一分流管DlQ和交換區(qū)ZF9，該管在冷的交換區(qū)ZF9后分成兩個部分從而在兩個級E1Q、E2Q之間的注入點I1Q和In將初級流體重新注入。圖9為該熱發(fā)生器70的透視圖，該熱發(fā)生器70在圖7B示出的磁化狀態(tài)中，包含三個初級回路。所有三個初級回路的組件在此圖上不可見。在此圖9中，已經(jīng)特別識別了熱發(fā)生器70的三個初級回路的三個冷的熱交換區(qū)ZF9、Z’ F9和Z”F9，以及所述初級回路的熱的熱交換區(qū)Z ’ Cs。熱發(fā)生器70包含具有三個磁轉(zhuǎn)子RhR^R3的磁布置，磁轉(zhuǎn)子通過其圍繞熱發(fā)生器70的縱軸的旋轉(zhuǎn)，使磁熱部件經(jīng)受磁場的變化。磁轉(zhuǎn)子Rl、R2、R3各自包含電樞，在電樞上裝有永磁體2。磁熱部件被裝在兩個固定支架Sup1、Sup2內(nèi)。初級流體被由活塞3實現(xiàn)的致動器位移，該活塞3通過控制凸輪C7Q被致動，凸輪的輪廓在轉(zhuǎn)子R2上被實現(xiàn)、安裝、加工、消光。
[0059]在圖8A和8B中示出的磁熱式熱發(fā)生器80為圖5A和5B的熱發(fā)生器50的實施變型，其區(qū)別在于:磁熱式熱發(fā)生器80包含單一分流管和交換區(qū)Zfiq，該管在冷的交換區(qū)Zfiq后分成兩個部分以便在注入點18、19將初級流體重新注入。此重新注入與參考圖5A和5B描述的相同。其具有額外的優(yōu)點:通過需要用于初級流體流通的更少管道來縮減熱發(fā)生器80的體積。
[0060]在圖9A和9B中示出的磁熱式熱發(fā)生器90包含兩個分流管D1WPD13,該兩個分流管D12和D13具有分流管的公共部分Dl2’。熱發(fā)生器90包含由初級流體的位移裝置或制動器3連接的兩個級Ei和E2。第一級Ei定位在熱發(fā)生器90的冷側(cè)且另一級E2定位在熱側(cè)C。
[0061]第一分流管D12將在熱發(fā)生器90的冷端F的輸出點S7連接至位于初級回路P9q中的注入點I12，注入點I12在級E1的熱端，位于致動器3和磁熱部件Mn的熱端之間。第二分流管D13將在熱發(fā)生器90的冷端F的輸出點S7連接至初級回路的置于第一SE1的熱側(cè)的另一個點，該點位于致動器3和磁熱部件M12的熱端之間。分流管D12和D13包含公共管道部分D12’，冷交換區(qū)Zf11整合在該公共管道部分D12’，冷交換區(qū)Zf11用于實現(xiàn)初級流體與次級回路61的次級流體之間的熱交換。此外，分流管D12和D13各自包含控制初級流體流通方向的設(shè)備。
[0062]因此，包含適于實現(xiàn)與次級回路61的次級載熱流體的熱交換的熱交換器的分流公共管道部分D12 ’，當(dāng)磁熱部件Mn和M12在消磁階段時，接收從位于冷側(cè)F的層E1的磁熱部件Mn和M12的冷側(cè)流出的初級流體。以此方式，當(dāng)初級流體溫度為循環(huán)的最冷溫度時，該分流公共管道部分012’總是被初級流體穿過。由此得出，在交換區(qū)Zf11中的熱交換被優(yōu)化。此外，由于與待冷卻的次級回路的熱交換而經(jīng)受了其溫度升高的初級流體，然后在熱級EjPE2之間的初級回路的點112、113處被重新注入到初級回路中，在該點112、113，溫度并非最低。尤其有利的是調(diào)整可以流通向分流管D12和D13的流體的流量，從而調(diào)整可以在交換區(qū)Zf11中的初級回路與次級回路之間交換的熱功率。因此，穿過此交換區(qū)Zf11的初級流體的單位體積流量越多則交換越多。以有利的方式，借助交換區(qū)Zfii在分流管中的定位，由于在該交換區(qū)Zf11中的熱交換引起的初級流體溫度的升高非常小，甚至不會影響熱發(fā)生器90的運行，特別是不會影響以高效率維持熱梯度的能力。這是通過在熱交換后將加熱了的初級流體重新注入到初級回路P9Q的其中初級流體的溫度不是最低的區(qū)域中而成為可能的。
[0063]圖1OA和1B中示出的熱發(fā)生器90對于連續(xù)地冷卻或緩和以連續(xù)的方式在次級回路中流通穿過交換區(qū)Zf11的次級流體是特別有利的。事實上，串行地整合到分流管012、013(在分流管D12、D13中初級流體單向地流通)中的熱交換區(qū)Zf11的定位允許實現(xiàn)在熱交換區(qū)Zfii中的交叉流交換，這有利于熱交換。
[0064]圖1lA和IlB中示出的磁熱式熱發(fā)生器100具有與參照熱發(fā)生器90描述的相同優(yōu)點。其區(qū)別在于:在初級回路Piqq中初級流體的位移以及磁熱部件Mn、M12UPM22的磁循環(huán)。事實上，在所示出的初級回路P.中，磁熱部件被串聯(lián)連接并且初級流體的位移裝置或致動器3確保在初級流體的兩個相反方向中的交替位移。當(dāng)磁熱部件在消磁狀態(tài)中時，初級流體在熱發(fā)生器100的冷側(cè)F的方向上穿過磁熱部件Mn、M12、M2dPM22，并且當(dāng)磁熱部件在磁化狀態(tài)中時，初級流體在熱側(cè)C的方向上穿過磁熱部件Mn、M12、M21和M22。分流管的注入點112和113定位于磁熱部件MnUPM12、M22之間，在此變型中，這些磁熱部件處于相同的磁化狀態(tài)。
[0065]圖12A和12B中示出的磁熱式熱發(fā)生器110具有與參照熱發(fā)生器90描述的相同優(yōu)點。其區(qū)別在于:分流管D14和D15的注入點I14和I15的定位。事實上，各注入點I14和I15定位在熱級E2的磁熱部件M21、M22和熱交換區(qū)Zc6之間。各注入點I14和115因此允許把在冷交換區(qū)Zf11中溫度升高了的初級流體在磁熱部件M21SM22的輸出處注入到初級回路中，已經(jīng)受加熱的初級流體從磁熱部件M21或M22流出并流向熱交換區(qū)ZC6。此處再一次地，熱交換對初級流體溫度的影響被削弱，這允許在冷交換區(qū)Zm中實現(xiàn)熱交換而無需降低熱發(fā)生器110的效率。
[0066]當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的磁熱式熱發(fā)生器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110可以包括多個初級回路。此外，這些初級回路可以包含多個與附圖中示出的磁熱部件不同的磁熱部件。
[0067]此外，磁熱部件Mil、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、M222、M223以及M224的形狀并非限制為矩形件?？梢钥紤]其他形狀。此外，各磁熱部件可以由在其間流體地串行連接或附接的多個部件構(gòu)成。
[0068]工業(yè)應(yīng)用的可能性:
[0069]由此描述清晰可見:本發(fā)明允許達到設(shè)定的目標，S卩，本發(fā)明允許實現(xiàn)磁熱式熱發(fā)生器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110的在冷側(cè)?或者在熱側(cè)(:的大量熱交換，而無需干擾熱發(fā)生器的運行并同時優(yōu)化其產(chǎn)量。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器以及方法可以用在所有熱領(lǐng)域中，諸如例如加熱、空調(diào)、溫控或冷卻或其他領(lǐng)域，并非限制于此，并且這以有競爭力的成本以及小體積實現(xiàn)。
[0071]本發(fā)明不限制于所述實施例，而是在保留在所附權(quán)利要求中限定的保護范圍內(nèi)的同時延伸到對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的所有修改及變型。
【主權(quán)項】
1.一種磁熱式熱發(fā)生器(10、20、30、40、50、60、70、80)，包括至少一個初級回路(？1()、？20、P30、P4Q、P5()、P6()、P7())，初級回路通過根據(jù)往復(fù)交替運動流通的稱作初級流體的載熱流體來流體連接磁熱部件他!、]^、]^、]^、]^!、]^〗、]^^、]^^、]^!、]^〗、]^^^、]^*)，所述磁熱部件(Mll、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Mll4、M221、M222、M223、M224)經(jīng)受磁系統(tǒng)(2)的變化磁場，磁系統(tǒng)(2 )在各磁熱部件(Mil、Ml2、M21、M22、Mlll、Mll2、Mll3、Μ?14、Μ221、Μ222、Μ223、Μ224)中交替地產(chǎn)生加熱的磁階段以及冷卻的磁階段，在該發(fā)生器中初級回路包括冷側(cè)(F)和熱側(cè)(C)，磁熱部件 所述磁熱式熱發(fā)生器的特征在于，初級回路的所述熱側(cè)(C)和冷側(cè)(F)中的至少一側(cè)包括至少一個輸出點(31、32、33、34、35、36)，所述輸出點通過至少一個分流管(01、〕2、03、04、05、D6 J7AhDhD1(KD11)連接到該初級回路的稱作注入點(I1、12、13、14、L.、16、17、18、19、IiQ、In)的另一點，所述分流管準許初級流體僅從輸出點(S1、S2、S3、S4、S5、S6)向注入點(I1、12、I3、工4、工5、工6、工7、工8、工9、IlO、111)位移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱發(fā)生器，其特征在于，磁熱部件(Mn、M12、M21、M22、Mm、M112、，并且所述級(E1、E1)中一個級的磁熱部件(Mn、M12;Mm、M112)在冷側(cè)(F)彼此流體連接，并且所述級(E2、E2Q)中的另一個級的磁熱部件(M21、M22;M223、M224)在熱側(cè)(C)彼此流體連接。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱發(fā)生器，其特征在于，分流管(DhD^DhDhDhD6、D7、D8、Dg、D1、Dii)通過至少一個熱交換區(qū)(Zf1、Zf2、Zf3、Zf4、Zf5、Zf6、Zf7、Zfs、Zf9、Zf1、Zfii)熱連接到次級回路(6)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱發(fā)生器，其特征在于，熱交換區(qū)(Zf1、Zf2、Zf3、Zf4、Zfs、Zf6、Zf7、ZF8、ZF9、ZF1Q、ZF11)被布置為實現(xiàn)初級流體與所述次級回路(6)的次級流體之間的相反流動的位移。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱發(fā)生器，其特征在于，熱交換區(qū)(Zf1、Zf2、Zf3、Zf4、Zfs、Zf6、Zf7、Zfs、Zf9、Zfiq )被布置為實現(xiàn)初級流體與所述次級回路(6)的次級流體之間的同向流動的位移。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱發(fā)生器，其特征在于，熱交換區(qū)(Zf1、Zf2、Zf3、Zf4、Zfs、Zf6、Zf7、ZF8、ZF9、ZF1Q)被布置為實現(xiàn)初級流體與所述次級回路(6)的次級流體之間的交叉流動的位移。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱發(fā)生器，其特征在于，分流管(DhD^DhDhDhD^D7AhDiKD1(KD11)包括調(diào)整在分流管中流通的初級流體的流量的調(diào)整設(shè)備(5)。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的熱發(fā)生器，其特征在于，所述至少一個輸出點(S1、S2、S3、S4、S5、S6)位于初級回路的冷側(cè)(F)中。9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的熱發(fā)生器，其特征在于，所述至少一個輸出點位于初級回路的熱側(cè)(C)中。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱發(fā)生器，其特征在于，所述注入點(I1U2J3U^I5)位于初級回路的熱側(cè)(C)中。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱發(fā)生器，其特征在于，所述注入點位于初級回路的冷側(cè)(F)中。12.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的熱發(fā)生器，其特征在于，所述注入點(16、17、110、Ill、Il2、113)位于磁熱部件(]^11、]\112、]/[21、]/[22、]/[111、]/[112、]/[113、]/[114、]/[221、]/[222、]/[223、]/[224)的兩個級(El、E2 ;El0、E20)之間 o13.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的熱發(fā)生器，其特征在于，所述注入點(I8、I9)位于各級化10』20)的連續(xù)磁熱部件(1/[111、]/[112、]/[113、]/[114、]/[221、]/[222、]/[223、]/[224)之間。14.一種冷卻稱作次級流體的流體的方法，該方法通過根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的磁熱式熱發(fā)生器進行，其特征在于，該方法包括通過至少一個熱交換區(qū)(ZF1、ZF2、ZF3、ZF4、Zf5、Zfb、Zft、Zfs、Zf9、Zfiq、Zfii )把流通有次級流體的次級回路(6)熱連接到所述磁熱式熱發(fā)生器的分流管(D1HmAmtKDn)，并且使所述次級流體在所述次級回路中連續(xù)地流通。
【文檔編號】F25B21/00GK105849479SQ201480071151
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月22日
【發(fā)明人】C·穆勒
【申請人】制冷技術(shù)應(yīng)用公司