專利名稱：使用磁熱材料產(chǎn)生熱卡的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用磁熱材料產(chǎn)生熱卡的裝置，其具有至少一磁元件，用于產(chǎn)生一磁場；至少一磁熱元件，用于交替地經(jīng)受所述磁場，以產(chǎn)生卡路里和負(fù)大卡；至少一載熱流體回路，其至少一部分布置在所述磁熱元件的直接環(huán)境中，以便回收它所放出的至少一部分卡路里和/或負(fù)大卡，所述回路連接于載熱流體循環(huán)部件，且連接于至少一熱交換器，所述熱交換器布置成傳輸至少一部分由所述載熱流體回收的卡路里和/或負(fù)大卡。本發(fā)明也涉及使用所述裝置產(chǎn)生熱卡的方法。
背景技術(shù)：
公知的是，磁熱材料式熱發(fā)生器具有固定的磁性部件和連接于移動(dòng)部件的可動(dòng)的磁熱元件，反之亦然。因此，所述磁熱元件交替地經(jīng)受和不經(jīng)受磁場，且交替地產(chǎn)生卡路里和負(fù)大卡。熱卡由載熱流體回收，所述載熱流體穿過所述磁熱元件，連接于“熱”回路和“冷”回路，所述“熱”回路和“冷”回路具有熱交換器，以使例如周圍環(huán)境、房間、場所、容器內(nèi)部進(jìn)行取暖和/或冷卻和/或溫度調(diào)節(jié)和/或空氣調(diào)節(jié)。
在所述磁熱元件相對(duì)于所述磁性部件可動(dòng)的情況下，很難確保穿過所述磁熱元件的管段和所述“熱”和“冷”回路之間的良好密封，泄漏現(xiàn)象是常見的。
所述磁性部件一般具有一磁性組件、一永久磁鐵、一電磁鐵、一超導(dǎo)磁鐵、一超導(dǎo)電磁鐵、一超導(dǎo)體。就磁功率而言，所述永久磁鐵不能獲得令人滿意的效果。相對(duì)于該標(biāo)準(zhǔn)來說，較好的效果由電磁鐵和超導(dǎo)電磁鐵獲得?？上?，電磁鐵耗電很多，從而使之使用起來成本高。另外，電磁鐵快速發(fā)熱，其卡路里的排出使熱發(fā)生器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。此外，超導(dǎo)電磁鐵的技術(shù)成本很高。
另一方面，使用電磁鐵，可在供給其可變電流時(shí)，改變其磁場。這種解決方案的優(yōu)越性是，磁熱元件和磁性部件之間去除任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)。FR-A-2574913、EP-A-0104713和USB-6595004述及可變電流電源的實(shí)施例，某些實(shí)施例限于與本發(fā)明不兼容的超導(dǎo)電磁鐵。同樣，就能量消耗和成本而言，可變電流電源不能獲得令人滿意的效果。
因此，現(xiàn)有的解決方案不令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在彌補(bǔ)這些缺陷，提出一種耗能少、可擴(kuò)展、設(shè)計(jì)簡單、工作安全可靠的磁熱材料式熱卡產(chǎn)生裝置，可有經(jīng)濟(jì)效益地產(chǎn)生熱卡，而完全消除熱液體泄漏的危險(xiǎn)性，且限制機(jī)械零件的數(shù)量。
為此，本發(fā)明涉及前序部分所述類型的熱卡產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述磁元件是一電磁鐵，通過至少一控制部件連接于至少一伺服電源，所述控制部件布置成產(chǎn)生電脈沖，以形成一脈沖磁場，具有強(qiáng)度I、持續(xù)時(shí)間t和頻率T的電脈沖，根據(jù)至少一預(yù)定的脈沖參數(shù)釋放，所述裝置具有至少一熱傳感器，其布置成確定所述載熱流體的溫度，這種流體溫度限定至少一脈沖參數(shù)。
所述回收部件優(yōu)選地具有至少兩個(gè)熱交換器，其串聯(lián)地、并聯(lián)地或根據(jù)一串聯(lián)/并聯(lián)組合連接于回路。
優(yōu)選地，所述回收部件具有至少一布置成傳輸卡路里的卡路里熱交換器，以及至少一布置成傳輸負(fù)大卡的負(fù)大卡熱交換器，這些熱交換器通過一控制部件連接于伺服轉(zhuǎn)換部件，所述控制部件布置成根據(jù)至少一預(yù)定的轉(zhuǎn)換參數(shù)，使每個(gè)熱交換器相繼連接于所述磁熱元件。
所述控制部件可布置成頻率T為60秒至1/150秒，優(yōu)選地小于2秒。
所述控制部件也可布置成T/t之比為10至100000，優(yōu)選地大于1000。
最后，所述控制部件可布置成，強(qiáng)度I在所述磁元件中產(chǎn)生的磁場為0.05特斯拉至10特斯拉，優(yōu)選地大于2特斯拉。
根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述控制部件具有調(diào)節(jié)部件，用于對(duì)以下電脈沖參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)持續(xù)時(shí)間t、頻率T、強(qiáng)度I。
根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述控制部件具有延時(shí)部件，所述延時(shí)部件布置成確定從轉(zhuǎn)換和/或前一個(gè)電脈沖起的時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔限定至少一個(gè)轉(zhuǎn)換參數(shù)和/或脈沖參數(shù)。
為此，所述控制部件可具有對(duì)預(yù)定的的轉(zhuǎn)換參數(shù)和/或脈沖參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)部件。
所述回收部件優(yōu)選地具有至少一個(gè)“混合式”交換器，其布置成將卡路里和負(fù)大卡傳輸?shù)嚼缰車h(huán)境中。
所述裝置優(yōu)選地具有至少兩個(gè)串聯(lián)地、并聯(lián)地或根據(jù)一串聯(lián)/并聯(lián)組合彼此連接的磁熱元件，所述磁熱元件可具有不同的磁熱特性。
優(yōu)選地，所述裝置具有至少兩個(gè)電磁鐵，每個(gè)電磁鐵連接于一磁熱元件和至少兩個(gè)電源，所述電源布置成分開地向所述電磁鐵供電。
優(yōu)選地，所述電磁鐵的鐵芯用高剩磁磁性材料制成。
所述磁元件和所述磁熱元件優(yōu)選地一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)加以固定。
本發(fā)明也涉及熱卡的產(chǎn)生方法，在此過程中，使用前述的裝置。
采用該方法時(shí)，可使用至少兩個(gè)磁熱元件——每個(gè)磁熱元件連接于一電磁鐵——和至少兩個(gè)電源，并且，在相繼的階段，首先僅使用一第一磁熱元件，然后同時(shí)使用一第一和一第二磁熱元件，最后僅使用所述第二磁熱元件，以便組合所述第一和第二磁熱元件的磁熱特性。


在以下參照作為非限制性實(shí)施例給出的附圖對(duì)多個(gè)實(shí)施方式的說明中，本發(fā)明及其優(yōu)越性將得到更好的理解，附圖如下[25]圖1是本發(fā)明的裝置的示意圖；[26]圖2A和2B是曲線圖，示出圖1所示的裝置分別根據(jù)冷卻方式和加熱方式的工作情況；[27]圖3是本發(fā)明的裝置的一第一變型實(shí)施例的示意圖；[28]圖4是曲線圖，示出圖3所示的裝置的工作方式；[29]圖5是本發(fā)明的裝置的一第二變型實(shí)施例的示意圖；[30]圖6A和6B是曲線圖，示出圖5所示的裝置分別根據(jù)冷卻方式和加熱方式的工作情況；以及 圖7是本發(fā)明的裝置的控制部件的示意圖。
具體實(shí)施例方式為簡化起見，使用術(shù)語“裝置”和“方法”代替術(shù)語“使用磁熱材料的熱卡產(chǎn)生裝置”和“使用磁熱材料的熱卡產(chǎn)生方法”。
此外，術(shù)語“熱交換器”是指可傳輸和/或散逸卡路里和/或負(fù)大卡的任何部件。
如圖1所示，所述裝置1a具有一磁元件2a——其連接于一電源3a、一磁熱元件4a、一載熱流體回路5——其中一種或多種載熱流體通過循環(huán)部件6進(jìn)行循環(huán)、以及兩熱交換器7、8。
所述磁熱元件4a含有一種磁熱材料，例如釓(Gd)，一種具有硅(Si)、鍺(Ge)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、磷(P)、砷(As)的釓合金，或者任何另一等效材料。該磁熱材料例如呈塊狀、片狀、粉狀、團(tuán)狀、碎片狀。
所述磁熱元件4a的磁熱特性如下[37]-當(dāng)經(jīng)受一磁場時(shí)，所述磁熱元件4a在加熱的磁熱效應(yīng)下發(fā)熱，以及[38]-當(dāng)所述磁場消失或減弱時(shí)，所述磁熱元件4a在磁熱慣性的作用下繼續(xù)發(fā)熱，以及[39]-在該磁熱慣性耗盡之后，所述磁熱元件4a在冷卻的磁熱效應(yīng)下，冷卻到低于其初始溫度的溫度。
因此，所述裝置1a的工作原理在于，使所述磁熱元件4a經(jīng)受磁場變化，以產(chǎn)生卡路里和負(fù)大卡，用于使房間、周圍環(huán)境等取暖、冷卻、調(diào)節(jié)空氣、調(diào)節(jié)溫度。
為此，使用一電磁鐵2a作為磁元件，將其布置在接近所述磁熱元件4a的環(huán)境中，使之經(jīng)受磁場。用一電源3a向所述電磁鐵2a供電，產(chǎn)生脈沖電流，以獲得磁場變化。因此，經(jīng)受一脈沖磁場的所述磁熱元件4a產(chǎn)生卡路里和負(fù)大卡。優(yōu)選地但是非限制性地，選用一電磁鐵2a，其磁芯用一種高剩磁磁性材料制成，例如鐵鈷合金、稀土金屬、鐵氧體、鐵和硅的合金、鐵、鎳。
所述卡路里和負(fù)大卡由在所述載熱流體回路5的布置在所述磁熱元件4a的直接環(huán)境中的部分內(nèi)循環(huán)的載熱流體回收。所述磁熱元件4a例如由該部分穿過。所述回路5例如傳統(tǒng)上由管件或由任何其它適當(dāng)?shù)牟考瞥伞Ｋ龌芈?具有載熱流體的循環(huán)部件6，例如一泵或任何其它等同件。
在該實(shí)施例中，所述電源3a由一控制部件20(參見圖7)控制，產(chǎn)生具有強(qiáng)度I、持續(xù)時(shí)間t、頻率T的連續(xù)的電脈沖9a，這些特性可以調(diào)節(jié)。
這些電脈沖9a根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的脈沖參數(shù)產(chǎn)生，例如根據(jù)所述載熱流體的溫度和/或自前一個(gè)電脈沖9a起的時(shí)間間隔產(chǎn)生。為此，所述裝置1a具有一熱傳感器10和/或延時(shí)部件(未示出)。
所述熱傳感器10例如可在所述磁熱元件4a的出口處確定所述載熱流體的溫度。這種確定完全通過溫度閾值的檢測例如用度數(shù)測定實(shí)現(xiàn)，或者相對(duì)于另一溫度例如用度數(shù)比較進(jìn)行。所述確定的溫度與一預(yù)先確定的溫度指令比較。當(dāng)所述溫度指令到達(dá)時(shí)，所述電脈沖9a產(chǎn)生。
所述延時(shí)部件可確定例如自前一個(gè)電脈沖9a起的時(shí)間間隔，且使之與一預(yù)先確定的時(shí)間指令比較。當(dāng)所述時(shí)間指令到達(dá)時(shí)，所述電脈沖9a產(chǎn)生。所述延時(shí)部件例如是電子電路、氣動(dòng)回路、電子電路和氣動(dòng)回路的組合、或者任何其它公知的部件。
在該實(shí)施例中，所述裝置1a具有一用于傳輸卡路里的卡路里交換器7和一用于傳輸負(fù)大卡的負(fù)大卡交換器8。這些熱交換器7、8通過所述轉(zhuǎn)換部件11并聯(lián)到所述載熱流體回路5上，所述轉(zhuǎn)換部件11由一控制部件控制，所述控制部件可與控制所述電源3a的控制部件是同一個(gè)，且可使每個(gè)熱交換器7、8相繼連接于所述磁熱元件4a。
這種轉(zhuǎn)換根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行，例如根據(jù)從所述電脈沖9a起的時(shí)間間隔和/或自前一次轉(zhuǎn)換起的時(shí)間間隔和/或根據(jù)所述載熱流體的溫度進(jìn)行。為此，所述控制部件具有延時(shí)部件和/或一熱傳感器10。
所述延時(shí)部件和/或所述熱傳感器10可與前述的相同。當(dāng)所述時(shí)間指令和/或所述溫度指令到達(dá)時(shí)，所述轉(zhuǎn)換部件11使所述磁熱元件4a與一熱交換器7然后與另一熱交換器8連通。所述轉(zhuǎn)換部件11例如具有一閥，一電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓滑閥、斷路器，或任何其它適當(dāng)?shù)牟考?br> 顯然，所述控制部件20可具有多個(gè)熱傳感器10和/或多個(gè)延時(shí)部件和/或使用另一脈沖參數(shù)和/或轉(zhuǎn)換參數(shù)。
圖7示出的控制部件20是作為非限制性實(shí)施例給出的。它具有一功率級(jí)，其由220V電網(wǎng)或380V電網(wǎng)通過一進(jìn)行整流、斷電及短路保護(hù)、過載保護(hù)和相變換保護(hù)的變壓器供電。它也具有一計(jì)算器，其由至少三個(gè)數(shù)據(jù)控制由所述溫度傳感器10測得的所述載熱流體的溫度，一溫度指令Tc，或?yàn)榧訜岱绞交驗(yàn)槔鋮s方式的工作方式。該計(jì)算器產(chǎn)生三個(gè)數(shù)據(jù)電脈沖的持續(xù)時(shí)間t、其頻率T及其強(qiáng)度I。所述強(qiáng)度I供給所述功率級(jí)，而所述持續(xù)時(shí)間t和所述頻率T供給一時(shí)基電路，所述時(shí)基電路連接于一電脈沖發(fā)生器，例如晶體管式、三端雙向可控硅開關(guān)元件式(triac)、三端快速半導(dǎo)體開關(guān)式(tyristors)、電子管式、感應(yīng)式、放電式、電流鎖閉器式電脈沖發(fā)生器，優(yōu)選地是一晶體管式功率電脈沖發(fā)生器。產(chǎn)生的電脈沖9a在通過一輸出接口供給所述電磁鐵2a之前，通過一形成組件傳輸?shù)剿龉β始?jí)。包括在該控制部件20中的各種不同的部件由于屬于電子技術(shù)人員的常識(shí)，因此不予詳述。
使用該裝置的方法，參照圖2A和2B分別根據(jù)“冷卻”方式和“加熱”方式所示的所述載熱流體的“曲線I”脈沖曲線圖和“曲線θ”溫度曲線圖，予以描述。
在圖2A的曲線所示的“冷卻”方式，所述方法分解成多個(gè)連續(xù)的周期，每個(gè)周期具有多個(gè)連續(xù)的階段。
周期1(起動(dòng))[55]準(zhǔn)備使所述轉(zhuǎn)換部件11定位成所述磁熱元件4a連接于所述卡路里交換器7。
起動(dòng)[57]供給所述電磁鐵2a一電脈沖9a，所述電脈沖9a的強(qiáng)度I在所述電磁鐵2a中產(chǎn)生一磁場，該磁場為0.05特斯拉至10特斯拉，優(yōu)選地大于2特斯拉，所述電脈沖9a的持續(xù)時(shí)間t為10-9秒至60秒，優(yōu)選地少于10-2秒。
周期1-階段1[59]在所述電脈沖9a供給期間，所述電磁鐵2a產(chǎn)生一磁場。
經(jīng)受該磁場的所述磁熱元件4a承受所述加熱的磁熱效應(yīng)且發(fā)熱。
穿過所述磁熱元件4a的載熱流體經(jīng)受這種發(fā)熱，從而被加熱到溫度θ11(周期1階段1的溫度)，其高于原來的溫度θ01。
所述載熱流體被輸送向所述卡路里交換器7，其將卡路里傳輸?shù)街車h(huán)境中。
周期1-階段2[64]在所述電脈沖9a之后，所述電磁鐵2a不再被供電，不再產(chǎn)生磁場。
所述磁熱元件4a繼續(xù)發(fā)熱，經(jīng)受所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性。
因此，穿過所述磁熱元件4a的載熱流體繼續(xù)被加熱，直至溫度θ21(周期1階段2的溫度)，此溫度高于溫度θ11，相應(yīng)于該周期1時(shí)所述載熱流體的最高溫度。
所述載熱流體被輸送到所述卡路里交換器7，其將卡路里傳輸?shù)街車h(huán)境中。
周期1-階段3[69]所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性停止。
不經(jīng)受磁場的所述磁熱元件4a承受所述冷卻的磁熱效應(yīng)，進(jìn)行冷卻。
穿過所述磁熱元件4a的載熱流體經(jīng)受其冷卻，從而冷卻至溫度θ31(周期1階段3的溫度)，其低于所述溫度θ21。
所述載熱流體被輸送向所述卡路里交換器7，其將卡路里傳輸?shù)街車h(huán)境中。
當(dāng)[74]-所述延時(shí)部件檢測到，自前一個(gè)電脈沖9a起的時(shí)間間隔，或者[75]-所述熱傳感器10檢測到，所述載熱流體的溫度θ31和θ21或θ11或θ01之間的溫差，[76]等于或小于所述轉(zhuǎn)換指令Cl時(shí)，所述轉(zhuǎn)換部件11翻轉(zhuǎn)，且使所述磁熱元件4a連接于所述負(fù)大卡交換器8。
周期1-階段4[78]所述磁熱元件4a繼續(xù)冷卻。
穿過所述磁熱元件4a的載熱流體繼續(xù)冷卻，直至溫度θ41(周期1階段4的溫度)，該溫度低于所述溫度θ01，其相應(yīng)于該周期1時(shí)所述載熱流體原來的溫度。
所述載熱流體被輸送到所述負(fù)大卡交換器8，其將負(fù)大卡傳輸?shù)街車h(huán)境中。
當(dāng)[82]-所述延時(shí)部件檢測到，自前一個(gè)電脈沖9a起的時(shí)間間隔，或者[83]-所述熱傳感器10檢測到，所述載熱流體的溫度θ41和θ31或θ01或θ11或θ21之間的溫差，[84]等于或大于脈沖指令I(lǐng)1時(shí)，所述控制部件產(chǎn)生一新的電脈沖9a，其供給所述電磁鐵2a，該電脈沖9a可基本上類似于初始電脈沖9a，或根據(jù)需要而有所不同。
同時(shí)，在該實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換部件11重新使所述磁熱元件4a連接于所述卡路里交換器7。顯然，該轉(zhuǎn)換可在時(shí)間上稍作改變，在一階段5實(shí)施，以便僅在所述載熱流體在新的電脈沖9a和磁場的作用下達(dá)到一定溫度時(shí)，使所述磁熱元件4a連接于所述卡路里交換器7。
將脈沖指令I(lǐng)n調(diào)節(jié)成，兩電脈沖9a之間的頻率T對(duì)所述電脈沖9a的持續(xù)時(shí)間t之比T/t為10至100000，優(yōu)選地大于1000。然后，進(jìn)入周期2。
后續(xù)的工作周期基本上類似于所述第一周期，對(duì)于所述載熱流體來說，進(jìn)行如下[88]周期n-階段1[89]在所述電脈沖9a期間，所述載熱流體加熱至溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其高于所述溫度θ4n-1(前一周期階段4的溫度)，但是低于所述溫度θ1n-1(前一周期階段1的溫度)?？防镉伤隹防锝粨Q器7傳輸。
周期n-階段2[91]在所述電脈沖9a之后，在所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性下，所述載熱流體加熱至溫度θ2n(當(dāng)前周期階段2的溫度)，該溫度高于所述溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其相應(yīng)于該周期時(shí)所述載熱流體的最高溫度，但是低于所述溫度θ2n-1(前一周期階段2的溫度)，其相應(yīng)于前一周期時(shí)所述載熱流體的最高溫度?？防镉伤隹防锝粨Q器7傳輸。
周期n-階段3[93]所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性結(jié)束后，進(jìn)行冷卻的磁熱效應(yīng)。所述載熱流體冷卻至溫度θ3n(當(dāng)前周期階段3的溫度)，其低于所述溫度θ2n和低于所述溫度θ2n-1(前一周期階段2的溫度)。
卡路里由所述卡路里交換器7傳輸。
檢測轉(zhuǎn)換指令Cn，且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以使所述磁熱元件4a連接于所述負(fù)大卡交換器8。
周期n-階段4[97]冷卻的磁熱效應(yīng)，所述載熱流體冷卻至溫度θ4n(當(dāng)前周期階段4的溫度)，其低于所述溫度θ0n并相應(yīng)于該周期n的所述載熱流體原來的溫度。負(fù)大卡由所述負(fù)大卡交換器8傳輸。
檢測脈沖指令I(lǐng)n，且供給所述電磁鐵2a一新的電脈沖9a。
同時(shí)或不同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以使所述磁熱元件4a連接于所述卡路里交換器7。
在“冷卻”方式，所述載熱流體的與θ2n相應(yīng)的最高溫度“高位溫度T”和與θ4n相應(yīng)的最低溫度“最低位溫度T”越來越低。因此，所述載熱流體的平均溫度“平均溫度T”也越來越低，由此，所述裝置1a和所述方法的冷卻能力和功效隨著工作周期而增大，直至達(dá)到所述磁熱元件4a的最低冷卻溫度“基位溫度T”，在這個(gè)溫度下，所述載熱流體的溫度穩(wěn)定下來。
在圖2B的曲線所示的“加熱”方式，所述方法分解成基本上與前述連續(xù)的周期相類似的多個(gè)連續(xù)的周期。該方法與前述方法的區(qū)別在于，所述轉(zhuǎn)換指令Cn和脈沖指令I(lǐng)n的數(shù)值與前述的不同，而選擇成獲得以下連續(xù)的階段[102]周期1(起動(dòng))[103]準(zhǔn)備使所述轉(zhuǎn)換部件11定位成所述磁熱元件4a連接于所述卡路里交換器7。
起動(dòng)[105]供給所述電磁鐵2a一電脈沖9a，所述電脈沖9a的強(qiáng)度I在所述磁元件中產(chǎn)生一磁場，該磁場為0.05特斯拉至10特斯拉，優(yōu)選地大于2特斯拉，所述電脈沖9a的持續(xù)時(shí)間t為10-9秒至60秒，優(yōu)選地少于10-2秒。
周期n[107]周期n-階段1[108]在所述電脈沖9a期間，所述載熱流體加熱至溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其高于原來的溫度θ0或高于所述溫度θ4n-1(前一周期階段4的溫度)，但是高于所述溫度θ1n-1(前一周期階段1的溫度)?？防镉伤隹防锝粨Q器7傳輸。
周期n-階段2[110]在所述電脈沖9a之后，在所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性下，所述載熱流體加熱至溫度θ2n(當(dāng)前周期階段2的溫度)，該溫度高于所述溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其相應(yīng)于該周期n時(shí)所述載熱流體的最高溫度，但是低于所述溫度θ2n+1(下一周期階段2的溫度)，其相應(yīng)于下一周期時(shí)所述載熱流體的最高溫度?？防镉伤隹防锝粨Q器7傳輸。
周期n-階段3[112]所述加熱的磁熱慣性作用的慣性結(jié)束后，進(jìn)行冷卻的磁熱效應(yīng)。所述載熱流體冷卻至溫度θ3n(當(dāng)前周期階段3的溫度)，其低于所述溫度θ2n且低于所述溫度θ2n+1(下一周期階段2的溫度)?？防镉伤隹防锝粨Q器7傳輸。
檢測轉(zhuǎn)換指令Cn，且進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以使所述磁熱元件4a連接于所述負(fù)大卡交換器8。
周期n-階段4[115]冷卻的磁熱效應(yīng)，所述載熱流體冷卻至溫度θ4n(當(dāng)前周期階段4的溫度)，其高于所述溫度θ0n并相應(yīng)于該周期n的所述載熱流體原來的溫度。負(fù)大卡由所述負(fù)大卡交換器8傳輸。
檢測脈沖指令I(lǐng)n，且供給所述電磁鐵2a一新的電脈沖9a。同時(shí)或不同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以使所述磁熱元件4a連接于所述卡路里交換器7。
在“加熱”方式，所述載熱流體的與θ2n相應(yīng)的最高溫度“高位溫度T”和與θ4n相應(yīng)的最低溫度θ“最低位溫度T”越來越高。因此，所述載熱流體的平均溫度“平均溫度T”也越來越高，由此，所述裝置1a的加熱能力和功效隨著工作周期而增大，直至達(dá)到所述磁熱元件4a的最高加熱溫度“高位溫度T”，在這個(gè)溫度下，所述載熱流體的溫度穩(wěn)定下來。
本發(fā)明較好的實(shí)施方式[119]圖3所示的裝置1b基本上類似于前述的裝置。區(qū)別在于，它具有兩磁熱元件4b、4c，其由串聯(lián)載熱流體回路5彼此連接，這些磁熱元件4b、4c可具有基本上類似的或不同的磁熱特性。所述磁熱元件4b、4c也可彼此并聯(lián)，或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合彼此連接。也可配設(shè)多組磁熱元件，這些組彼此串聯(lián)、并聯(lián)或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合彼此連接。因此，所述裝置1b和所述方法易于擴(kuò)展。
每個(gè)磁熱元件4b、4c由一電磁鐵2b、2c進(jìn)行作用，所述電磁鐵2b、2c連接于一分開的電源3b、3c，這些電源3b、3c由一個(gè)或多個(gè)控制部件(未示出)加以控制。因此，對(duì)于每個(gè)電磁鐵2b、2c來說，可分開地同時(shí)或相繼地產(chǎn)生電脈沖9b、9c，這些電脈沖9b、9c有或無疊合階段。
這種模式可組合多個(gè)磁熱元件4b、4c的磁熱特性，這樣，當(dāng)所述磁熱特性不同時(shí)，特別有利。這種裝置1b的工作情況參照圖4所示的圖形加以描述，圖4以畫影線的表面示出可達(dá)到的溫度范圍P1、P2、P3，相繼[122]-僅使用一第一磁熱元件4b，以獲得θ1最大至θ1最小的溫度范圍P1，[123]-同時(shí)使用一第一磁熱元件4b和一第二磁熱元件4c，以獲得θ2最大至θ2最小的溫度范圍P2，[124]-僅使用所述第二磁熱元件4c，以獲得θ3最大至θ3最小的溫度范圍P3。
因此，組合所述第一和第二磁熱元件的不同的磁熱特性，即可覆蓋θ1最大至θ3最小的很大的整個(gè)溫度范圍P。
圖5所示的裝置1c基本上類似于圖1所示的裝置。區(qū)別在于，它僅具有一“混合式”熱交換器78，用于相繼傳輸卡路里和負(fù)大卡。
使用該裝置1c的方法，參照圖6A和6B分別根據(jù)“冷卻”方式和“加熱”方式所示的所述載熱流體的“曲線I”脈沖曲線圖和“曲線θ”溫度曲線圖，予以描述。該方法基本上類似于圖2A和2B所示的圖1中的裝置的方法。
圖6A所示的“冷卻”方式的工作情況與圖2A所示的“冷卻”方式的工作原理的主要區(qū)別在于，因?yàn)樗鼉H具有一熱交換器78，所以沒有轉(zhuǎn)換部件，所述熱交換器78始終保持連接于所述磁熱元件4a，相繼地傳輸卡路里然后傳輸負(fù)大卡。因此，對(duì)于每個(gè)周期n來說，所述工作情況僅具有以下三個(gè)階段[129]周期n-階段1[130]電脈沖9a，所述載熱流體加熱至溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其高于原來的溫度θ0n或高于所述溫度θ4n-1(前一周期階段3的溫度)，且高于所述溫度θ1n-1(前一周期階段1的溫度)?？防镉伤鰺峤粨Q器78傳輸。
周期n-階段2[132]在所述電脈沖9a之后，在所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性下，所述載熱流體加熱至溫度θ2n(當(dāng)前周期階段2的溫度)，該溫度高于所述溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其相應(yīng)于該周期n時(shí)所述載熱流體的最高溫度，且高于所述溫度θ2n+1(下一周期階段2的溫度)，其相應(yīng)于下一周期時(shí)所述載熱流體的最高溫度。卡路里由所述熱交換器78傳輸。
周期n-階段3[134]所述加熱的磁熱慣性作用的慣性結(jié)束后的冷卻的磁熱效應(yīng)，冷卻的磁熱效應(yīng)。所述載熱流體冷卻至溫度θ3n(當(dāng)前周期階段3的溫度)，其低于所述溫度θ0n且相應(yīng)于該周期n的所述載熱流體原來的溫度?？防锶缓笫秦?fù)大卡由所述熱交換器78傳輸。檢測脈沖指令I(lǐng)n，且供給所述電磁鐵2a一新的電脈沖9a。
圖6B所示的“加熱”方式的工作情況與圖2B所示的“加熱”方式的工作情況的區(qū)別在于，所述冷卻的磁熱效應(yīng)不予使用。實(shí)際上，脈沖In參數(shù)調(diào)節(jié)成，所述電脈沖9a在所述溫度θ3n不低于所述溫度θ0n之前產(chǎn)生。因此，對(duì)于每個(gè)周期n來說，所述工作情況僅具有以下三個(gè)階段[136]周期n-階段1[137]電脈沖9a，所述載熱流體加熱至溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其高于原來的溫度θ0n或高于所述溫度θ3n-1(前一周期階段3的溫度)，但是低于所述溫度θ1n-1(前一周期階段1的溫度)?？防镉伤鰺峤粨Q器78傳輸。
周期n-階段2[139]在所述電脈沖9a之后，在所述加熱的磁熱效應(yīng)慣性下，所述載熱流體加熱至溫度θ2n(當(dāng)前周期階段2的溫度)，該溫度高于所述溫度θ1n(當(dāng)前周期階段1的溫度)，其相應(yīng)于該周期n時(shí)所述載熱流體的最高溫度，但是低于所述溫度θ2n+1(下一周期階段2的溫度)，其相應(yīng)于下一周期時(shí)所述載熱流體的最高溫度?？防镉伤鰺峤粨Q器78傳輸。
周期n-階段3[141]所述加熱的磁熱慣性作用的慣性結(jié)束后的冷卻的磁熱效應(yīng)，冷卻的磁熱效應(yīng)。所述載熱流體冷卻至溫度θ3n(當(dāng)前周期階段3的溫度)，其高于所述溫度θ0n且相應(yīng)于該周期n的所述載熱流體原來的溫度?？防锶缓笫秦?fù)大卡由所述熱交換器78傳輸。檢測脈沖指令I(lǐng)n，且供給所述電磁鐵2a一新的電脈沖9a。
一般來說，在這些實(shí)施例中，所述磁元件2a-c和所述磁熱元件4a-c是一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)固定的。但是，可配設(shè)成可動(dòng)的。也可使用很多磁熱元件4a-c和/或電磁鐵2a-c和/或熱交換器7、8、78。
根據(jù)未示出的其它實(shí)施例，可使用多個(gè)熱交換器7、8、78或多組熱交換器，它們與所述載熱流體回路串聯(lián)、并聯(lián)或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合進(jìn)行連接。因此，所述裝置1a-c和所述方法易于擴(kuò)展。
工業(yè)應(yīng)用的可能性[145]所述裝置1a-c和所述方法可用于冷卻、取暖、空調(diào)、溫度調(diào)節(jié)的任何工業(yè)應(yīng)用或家用。
顯然，本發(fā)明的所述裝置1a-c和所述方法可達(dá)到既定目的。它們尤其可克服具有磁熱元件和/或電磁鐵或其它彼此可動(dòng)的磁性部件的裝置所固有的任何密封性問題。
此外，它們設(shè)計(jì)很簡單，不需要任何移動(dòng)部件使所述磁熱元件4a-c和/或所述電磁鐵2a-c移動(dòng)。因此，它們耗能少，僅需數(shù)量有限的機(jī)械零件和部件，從而維護(hù)保養(yǎng)減少，發(fā)生故障的危險(xiǎn)性有限。
本發(fā)明不局限于所述的實(shí)施例，而在所附權(quán)利要求書限定的保護(hù)范圍內(nèi)，可包括對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)人員來說顯而易見的任何改進(jìn)和其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.磁熱材料式的熱卡產(chǎn)生裝置(1a-c)，其具有至少一磁元件(2a-c)其用于產(chǎn)生一磁場；至少一磁熱元件(4a-c)，其用于交替地經(jīng)受所述磁場以產(chǎn)生卡路里和負(fù)大卡；至少一載熱流體回路(5)，其至少一部分布置在所述磁熱元件(4a-c)的直接環(huán)境中，以便回收它所放出的至少一部分所述卡路里和/或負(fù)大卡；所述回路(5)連接于循環(huán)部件(6)，且連接于至少一熱交換器(7，8，78)，所述熱交換器(7，8，78)布置成傳輸至少一部分由所述載熱流體回收的所述卡路里和/或負(fù)大卡；其特征在于，所述磁元件是一電磁鐵(2a-c)，其連接于由至少一控制部件(20)控制的至少一電源(3a-c)，所述控制部件(20)布置成產(chǎn)生電脈沖(9a-c)，以便形成一脈沖磁場，具有強(qiáng)度(I)、持續(xù)時(shí)間(t)和頻率(T)的這些電脈沖(9a-c)根據(jù)至少一預(yù)定的脈沖參數(shù)釋放，所述裝置具有至少一熱傳感器(10)，其布置成確定所述載熱流體的溫度，該流體溫度限定至少一脈沖參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a，1b)，其特征在于，所述回收部件具有至少兩個(gè)熱交換器(7，8)，它們與所述回路(5)串聯(lián)、并聯(lián)或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合進(jìn)行連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(1a，1b)，其特征在于，所述回收部件具有至少一布置成傳輸卡路里的卡路里熱交換器(7)以及至少一布置成傳輸負(fù)大卡的負(fù)大卡熱交換器(8)，所述熱交換器(7，8)連接于由一控制部件控制的轉(zhuǎn)換部件(11)，所述控制部件布置成根據(jù)至少一預(yù)定的轉(zhuǎn)換參數(shù)，使每個(gè)熱交換器(7，8)相繼連接于所述磁熱元件(4a-c)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述控制部件布置成所述頻率(T)為60秒至1/150秒，優(yōu)選地小于2秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述控制部件布置成T/t之比為10至100000，優(yōu)選地大于1000。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述控制部件布置成所述強(qiáng)度(I)在所述磁元件中產(chǎn)生的一磁場為0.05特斯拉至10特斯拉，優(yōu)選地大于2特斯拉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述控制部件具有調(diào)節(jié)部件，用于調(diào)節(jié)下列組類中的脈沖參數(shù)的至少之一持續(xù)時(shí)間(t)、頻率(T)、強(qiáng)度(I)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述控制部件具有延時(shí)部件，其布置成確定從轉(zhuǎn)換和/或前一個(gè)電脈沖(9a-c)起的時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔限定至少一轉(zhuǎn)換和/或脈沖參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述控制部件具有調(diào)節(jié)所述預(yù)定的轉(zhuǎn)換和/或脈沖參數(shù)的調(diào)節(jié)部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述回收部件具有至少一“混合式”交換器(78)，其布置成傳輸卡路里和負(fù)大卡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1b)，其特征在于，它具有至少兩個(gè)磁熱元件(4b，4a)，所述磁熱元件(4b，4a)彼此串聯(lián)、并聯(lián)或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合彼此連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置(1b)，其特征在于，所述磁熱元件(4b，4a)具有不同的磁熱特性。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置(1b)，其特征在于，它具有至少兩個(gè)電磁鐵(2b，2c)——每個(gè)連接于一磁熱元件(4b，4a)，以及至少兩個(gè)電源(3b，3c)——其布置成分開地向所述電磁鐵(2b，2c)供電。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述磁元件(2a-c)的磁芯用一種高剩磁磁性材料制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1a-c)，其特征在于，所述磁元件(2a-c)和所述磁熱元件(4a-c)是一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)固定的。
16.使用磁熱材料的熱卡產(chǎn)生方法，在所述方法中，使至少一磁熱材料元件(4a-c)經(jīng)受至少一被供給電脈沖的電磁鐵(2a-c)，以便形成一脈沖磁場，用于產(chǎn)生卡路里和負(fù)大卡；通過一種載熱流體回收至少一部分由所述磁熱元件(4a-c)產(chǎn)生的所述卡路里和/或所述負(fù)大卡；在至少一回路(5)內(nèi)——所述一回路(5)至少一部分布置在所述磁熱元件(4a-c)的直接環(huán)境中，使所述載熱流體循環(huán)，以及通過至少一熱交換器(7，8，78)，傳輸至少一部分所述卡路里和/或負(fù)大卡；具有強(qiáng)度(I)、持續(xù)時(shí)間(t)和頻率(T)的所述電脈沖(9a-c)根據(jù)至少一預(yù)定的脈沖參數(shù)進(jìn)行釋放；確定所述載熱流體的溫度，并使用該流體溫度作為脈沖參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，使用至少兩個(gè)熱交換器，使之與所述回路(7，8)串聯(lián)、并聯(lián)或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合進(jìn)行連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，使用至少一用于傳輸卡路里的卡路里交換器(7)和至少一用于傳輸負(fù)大卡的負(fù)大卡交換器(8)，使之根據(jù)至少一預(yù)定的轉(zhuǎn)換參數(shù)交替地連接于所述磁熱元件(4a-c)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)下列組類中的所述脈沖參數(shù)的至少之一頻率(T)，其調(diào)節(jié)為60秒至1/150秒、優(yōu)選地小于2秒；T/t之比，其為10至100000，優(yōu)選地大于1000；所述強(qiáng)度(I)，其調(diào)節(jié)成它在所述磁元件中產(chǎn)生的一磁場為0.05特斯拉至10特斯拉，優(yōu)選地大于2特斯拉。
20.根據(jù)權(quán)利要求16或18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定從轉(zhuǎn)換和/或前一個(gè)電脈沖(9a-c)起的時(shí)間間隔；使用該時(shí)間間隔作為轉(zhuǎn)換和/或脈沖參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，使用至少兩個(gè)具有不同的磁熱特性的磁熱元件(4b，4c)，使之彼此串聯(lián)、并聯(lián)或根據(jù)串聯(lián)/并聯(lián)組合彼此連接。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，使用至少兩個(gè)電磁鐵(2b，2c)——其每個(gè)都連接于磁熱元件(4b，4c)，并使用至少兩個(gè)電源(3b，3c)；在連續(xù)的階段，首先僅使用一第一磁熱元件(4b)，然后同時(shí)使用一第一磁熱元件(4b)和一第二磁熱元件(4c)，最后，僅使用第二磁熱元件(4c)，以便組合第一和第二磁熱元件(4b，4c)的磁熱特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用磁熱材料產(chǎn)生熱卡的裝置，該裝置耗能少、可擴(kuò)展、設(shè)計(jì)簡單、工作安全可靠，可有經(jīng)濟(jì)效益地產(chǎn)生熱卡，而完全消除熱液體泄漏的危險(xiǎn)性，且限制機(jī)械零件的數(shù)量。使用磁熱材料的熱卡產(chǎn)生裝置(1a)具有一磁元件(2a)，其連接于一電源(3a)；一磁熱元件(4a)；一載熱流體回路(5)，一種或多種載熱流體通過循環(huán)部件(6)在其中循環(huán)；以及兩個(gè)熱交換器(7，8)。電源(3a)用于產(chǎn)生電脈沖，以形成一脈沖磁場，使磁熱元件(4a)從而使載熱流體加熱和冷卻。本發(fā)明用作進(jìn)行冷卻、取暖、空調(diào)和溫度調(diào)節(jié)的熱交換器。
文檔編號(hào)F25B21/00GK1946976SQ200580012644
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者C·穆勒, J-L·迪藩, J-C·海茨勒 申請人:制冷技術(shù)應(yīng)用公司