磁熱式熱發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁熱式熱發(fā)生器(1)，所述磁熱式熱發(fā)生器包括至少兩個(gè)磁熱模塊(2，3)的至少一組合件，一載熱流體穿過(guò)這至少兩個(gè)磁熱模塊，其特征在于，所述磁熱模塊(2，3)的冷端部(F2，F(xiàn)3)通過(guò)一冷傳遞線路(6)流體連接；熱端部(C2，C3)通過(guò)一熱傳遞線路(7)流體連接；所述冷傳遞線路(6)被布置以修改載熱流體的溫度，以使得以輸出溫度從磁熱模塊(2，3)之一的冷端部(F2，F(xiàn)3)出離的載熱流體以大致等于所述冷端部(F2，F(xiàn)3)的溫度的一輸入溫度回到另一磁熱模塊(3，2)的冷端部(F3，F(xiàn)2)中；并且，所述熱傳遞線路(7)被布置以修改載熱流體的溫度，以使得以輸出溫度從所述磁熱模塊(2，3)之一的熱端部(C2，C3)出離的載熱流體以大致等于所述熱端部(C3，C2)的溫度的一輸入溫度回到另一磁熱模塊(3，2)的熱端部(C3，C2)中。
【專利說(shuō)明】磁熱式熱發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁熱式熱發(fā)生器，所述磁熱式熱發(fā)生器包括至少兩個(gè)磁熱模塊的至少一組合件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)部件置于循環(huán)的一載熱流體穿過(guò)這至少兩個(gè)磁熱模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]室溫磁致冷技術(shù)從近二十多年以來(lái)是已知的并且已知曉所述室溫磁致冷技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展方面所提供的優(yōu)點(diǎn)。還已知曉所述室溫磁致冷技術(shù)受限于有效產(chǎn)熱功率和效率。自此，在該領(lǐng)域中所進(jìn)行的研究都趨于通過(guò)作用于不同的參數(shù)來(lái)改進(jìn)磁熱式熱發(fā)生器的性能，所述參數(shù)如磁化功率、磁熱材料的性能、在載熱流體和磁熱材料之間的交換面積、熱交換器的性能等。
[0003]磁熱式熱發(fā)生器包括磁熱材料，磁熱材料具有在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)熱的能力和當(dāng)磁場(chǎng)被去除或減弱時(shí)冷卻的能力。這種被稱為磁熱效應(yīng)的效應(yīng)被應(yīng)用以在熱發(fā)生器的兩端部——稱為熱端部和冷端部——之間實(shí)施一熱梯度。為此，使一載熱流體當(dāng)應(yīng)用或增強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)在第一方向(朝向發(fā)生器的熱端部)上和當(dāng)磁場(chǎng)被去除或減弱時(shí)在相反的方向(朝向冷端部)上交替地流過(guò)磁熱材料。
[0004]不過(guò)，實(shí)施與呈加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、調(diào)溫系統(tǒng)等形式的外部應(yīng)用設(shè)施的熱交換具有降低和限制在磁熱材料內(nèi)的熱梯度的作用，這引起在發(fā)生器內(nèi)的熱能損耗。實(shí)際上，需要使用所產(chǎn)生的熱能的一部分來(lái)重建熱梯度，這將減少可用的有效熱功率。這參照?qǐng)D1A和圖1B示出，圖1A和圖1B示出一磁熱組件，所述磁熱組件包括兩磁熱層Ml和M2，并且其冷端部與稱為冷式交換器EF的一熱交換器和與一活塞P2熱地流體連接，并且熱端部與稱為熱式交換器EC的一熱交換器和與一活塞Pl連接。另一活塞P3在兩磁熱層之間安裝。在磁熱循環(huán)的過(guò)程中，在源自通過(guò)磁體A應(yīng)用磁場(chǎng)的磁熱層Ml的產(chǎn)熱階段結(jié)束時(shí)，僅僅考慮位于熱側(cè)的磁熱層Ml，從磁熱層Ml流出的具有20°C的溫度的流體，穿過(guò)熱交換器EC并且在在熱交換器EC中實(shí)施的熱交換后以例如18°C的溫度到達(dá)活塞Pl (見(jiàn)圖1A)。磁場(chǎng)繼而被倒向，以及流體的流動(dòng)方向被倒向，以使得在下一冷卻階段結(jié)束時(shí)，流體首先穿過(guò)熱交換器EC，和因此以16°C的溫度——源自在熱交換器EC中的新的熱交換——到達(dá)磁熱層Ml中(見(jiàn)圖1B)。不過(guò)，流體的溫度(16°C)小于構(gòu)成磁熱層M1(18°C)的端部的材料的溫度，存在一種熱交換:當(dāng)流體到達(dá)磁熱層Ml中時(shí)實(shí)施所述熱交換。這種熱交換使在磁熱層Ml中的熱梯度降低，和產(chǎn)生熱損耗，因此減少對(duì)應(yīng)的熱發(fā)生器的有效熱能。同樣的證明適用于冷側(cè)。
[0005]這類構(gòu)型的另一弊端涉及:用于移動(dòng)載熱流體所需的活塞或驅(qū)動(dòng)部件的數(shù)目很多，這導(dǎo)致體積尺寸很大和需要大量的能量來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)。
[0006]在圖2上示出用以減小該體積尺寸的已知的一技術(shù)方案。該技術(shù)方案在于集合圖1A和圖1B的三個(gè)活塞的三個(gè)腔室和在于實(shí)施單一的啟動(dòng)。因此，當(dāng)該特定活塞的熱腔室和冷腔室填滿時(shí)，中間腔室排空，和反之亦然。然而，在該技術(shù)方案中，熱腔室、冷腔室和中間腔室中一個(gè)在另一個(gè)附近進(jìn)行定位和具有熱橋，這會(huì)引起在不同腔室之間的熱交換，且因此磁熱式熱發(fā)生器的效率會(huì)失效。
[0007]C.Muller 白勺 JC M ((refrigeration magnetique, une revolution pourdemain ?》(Revue pratique du froid et du conditionnement d’air,PYC Edition SA,Paris, France, n0.924du01/04/2004, pages59_63)和在文獻(xiàn) US4, 704，871 中，熱發(fā)生器包括兩個(gè)磁熱模塊，所述兩個(gè)磁熱模塊在包括熱交換器和載熱流體的循環(huán)泵的載熱流體的封閉回路中串聯(lián)連接，每個(gè)模塊被限定于一磁熱材料層，不允許達(dá)到高的溫度梯度。
[0008]因此，存在對(duì)磁熱式熱發(fā)生器的體積尺寸和其與一個(gè)或多個(gè)外部應(yīng)用設(shè)施進(jìn)行的熱交換進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化的需要。
[0009]此外，能夠在磁熱式熱發(fā)生器中進(jìn)行改進(jìn)的另一方面涉及運(yùn)行磁熱式熱發(fā)生器所需的總能量，以對(duì)所述發(fā)生器的效率進(jìn)行改進(jìn)。
[0010]最后，在應(yīng)具有可運(yùn)營(yíng)的能量效率之外，磁熱式熱發(fā)生器還應(yīng)具有允許例如將其集成在家用裝置、機(jī)動(dòng)車等中的較小的尺寸大小或體積大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于回應(yīng)前述的限制和提出一種磁熱式熱發(fā)生器，所述磁熱式熱發(fā)生器的熱效率增強(qiáng)。
[0012]為此，本發(fā)明涉及根據(jù)前序部分的一種磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，每個(gè)磁熱模塊包括磁熱材料的至少兩個(gè)磁熱層，這至少兩個(gè)磁熱層總是處于不同的磁相中；載熱流體的驅(qū)動(dòng)部件流體連接到至少一磁熱模塊的磁熱層；磁熱層由磁熱材料構(gòu)成，磁熱材料被布置以使得磁熱效應(yīng)在所有磁熱層中是大致相同的；磁熱模塊的冷端部通過(guò)一冷傳遞線路流體連接，冷傳遞線路為載熱流體取道和用于通過(guò)熱交換器與一外部線路進(jìn)行熱交換；磁熱模塊的熱端部通過(guò)一熱傳遞線路流體連接，所述熱傳遞線路為所述載熱流體取道和用于通過(guò)熱交換器與一外部線路進(jìn)行熱交換；并且，熱交換器被布置以使得載熱流體在熱交換器中的輸入溫度和輸出溫度的溫度差大致等于與經(jīng)歷磁熱效應(yīng)的磁熱層相接觸的載熱流體的溫度變化。磁熱效應(yīng)，可以理解為當(dāng)磁熱層改變磁相時(shí)，即當(dāng)磁熱層經(jīng)歷磁化階段和產(chǎn)熱時(shí)，或經(jīng)歷消磁階段和冷卻時(shí)，磁熱層的溫度躍變或偏差。
[0013]通過(guò)這種方式，可“解除”由傳遞線路連接的兩磁熱層之間的溫度差的一半。這具有不使得在不同磁熱層中存在的溫度梯度失效和保證與熱發(fā)生器外部的熱交換而不使熱發(fā)生器的效率失效的作用。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，熱交換器從而可實(shí)施受控的熱交換，以使得所述冷傳遞線路修改所述載熱流體的溫度，以使得以輸出溫度從磁熱模塊之一的冷端部出離的載熱流體以大致等于所述冷端部的溫度的一輸入溫度回到對(duì)應(yīng)的另一磁熱模塊的冷端部中，和使得所述熱傳遞線路修改所述載熱流體的溫度，以使得以輸出溫度從所述磁熱模塊之一的熱端部出離的載熱流體以大致等于所述熱端部的溫度的一輸入溫度回到對(duì)應(yīng)的另一磁熱模塊的熱端部中。
[0015]表述“大致等于”，可以理解為，載熱流體的溫度等于所述及的端部的溫度一具有最大的溫度差，對(duì)應(yīng)40%的磁熱效應(yīng)(本身取決于磁場(chǎng))。
[0016]由此產(chǎn)生，在磁熱循環(huán)的任何時(shí)刻，回到一活塞的腔室中的載熱流體的平均溫度等于從活塞的其它腔室出離的載熱流體的平均溫度。[0017]根據(jù)本發(fā)明，所述磁熱模塊可包括至少兩個(gè)子磁熱模塊，每個(gè)子磁熱模塊包括至少兩個(gè)磁熱層，在所述磁熱模塊中，所述子模塊可并聯(lián)安裝。
[0018]優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)部件可在并不位于磁熱模塊的冷側(cè)和熱側(cè)處的磁熱層的連續(xù)端部之間連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，子模塊可包括至少兩磁熱層組，磁熱層組通過(guò)載熱流體的一驅(qū)動(dòng)部件流體相連接；并且，在每個(gè)磁熱層組中，磁熱層可串聯(lián)連接。
[0020]在一變型中，在磁熱層組的連續(xù)的兩磁熱層之間布置一中間熱交換器。
[0021]此外，中間熱交換器可連接到傳遞線路之一的熱交換器。為此，位于磁熱式熱發(fā)生器的熱側(cè)的全部或某些中間熱交換器可連接到熱傳遞線路的熱交換器，而位于磁熱式熱發(fā)生器的冷側(cè)的全部或某些中間熱交換器可連接到冷傳遞線路的熱交換器。
[0022]作為變型，連接到冷傳遞線路的磁熱層組的中間熱交換器可相連接，而連接到熱傳遞線路的磁熱層組的中間熱交換器可相連接。這允許特別是使在磁熱式熱發(fā)生器的冷側(cè)和熱側(cè)之間的熱梯度的獲取得到加速。
[0023]在一實(shí)施變型中，驅(qū)動(dòng)部件可以單效活塞的形式實(shí)施，而每個(gè)活塞的腔室可流體連接到一磁熱模塊的磁熱層。
[0024]在另一變型中，驅(qū)動(dòng)部件可以雙效活塞的形式實(shí)施，活塞的每個(gè)腔室可流體連接到一磁熱模塊的磁熱層。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器此還包括一磁性系統(tǒng)，所述磁性系統(tǒng)被布置以使磁熱層經(jīng)歷一可變的磁場(chǎng)，以使得位于冷端部的磁熱層和位于熱端部的磁熱層總是處于一不同的加熱或冷卻階段中。
[0026]此外，根據(jù)本發(fā)明，為了優(yōu)化熱發(fā)生器的體積尺寸，磁熱層可安裝在呈盤(pán)形的支承件中，每個(gè)支承件包括每個(gè)磁熱模塊的至少一磁熱層。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]本發(fā)明和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將在以下參照附圖對(duì)作為非限定性示例給出的實(shí)施方式的描述中更好地顯示出來(lái)，附圖中:
[0028]一圖1A和圖1B示意地示出在磁熱循環(huán)的兩連續(xù)階段中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的磁熱組件，
[0029]一圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一磁熱組件，
[0030]一圖3是在磁熱循環(huán)的第一階段中根據(jù)本發(fā)明的磁熱組件的示意圖，
[0031]一圖4示出在磁熱循環(huán)的下一階段中的圖3的磁熱組件，
[0032]一圖4’示出圖3的磁熱組件，在該磁熱組件中示意磁熱層的支承盤(pán)，
[0033]一圖5是根據(jù)本發(fā)明的一變型的磁熱組件的示意圖，
[0034]一圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一變型的磁熱組件的示意圖，
[0035]一圖7是圖3和圖4的熱發(fā)生器I的一變型的示意圖，
[0036]一圖8是圖7的熱發(fā)生器的一變型的示意圖，
[0037]一圖9是圖8的熱發(fā)生器的一變型的示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0038]在所示的實(shí)施例中，相同的構(gòu)件或部分具有相同的數(shù)字標(biāo)記。
[0039]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器I的兩磁熱模塊2、3的一組合件。每個(gè)磁熱模塊
2、3包括兩個(gè)磁熱層210、211、310、311。每個(gè)磁熱層210、211、310、311包括至少一磁熱材料，所述至少一磁熱材料具有在磁場(chǎng)變化的作用下冷卻和產(chǎn)熱的能力。
[0040]在參照?qǐng)D3所描述的實(shí)施例中，磁熱模塊2、3包括單一的子模塊21、31，所述子模塊依次包括兩磁熱層210、211、310、311。不過(guò)，本發(fā)明并不與兩磁熱層210、211、310、311在每個(gè)子磁熱模塊21、31中的集成相關(guān)?？稍O(shè)計(jì)的是，集成數(shù)目更多的這類磁熱層210、211、310,311o通過(guò)相同的方式，可在每個(gè)磁熱模塊中集成并聯(lián)連接的至少兩個(gè)子磁熱模塊。這類構(gòu)型更為特別地在圖5和圖6中示出。
[0041]磁熱層210、211、310、311通過(guò)載熱流體——優(yōu)選地液體——流體連接。為此，磁熱層210、211、310、311可被載熱流體透過(guò)，并包括貫通的流體通道，所述流體通道通過(guò)相互間隔開(kāi)的磁熱材料板片的組裝獲得。顯然，允許載熱流體穿過(guò)所述磁熱層210、211、310、311的任何其它實(shí)施方式可適用。此外，本發(fā)明并不局限于使用其結(jié)構(gòu)如在圖3到圖6中所示的是直線形的磁熱層210、211、310、311，而是覆蓋任何其它結(jié)構(gòu)，如環(huán)形結(jié)構(gòu)或環(huán)形/直線形組合結(jié)構(gòu)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明，在下文所描述的具體構(gòu)型一其在于通過(guò)兩傳遞線路6和7使兩磁熱模塊2、3流體連接一允許用兩個(gè)外部線路來(lái)實(shí)施熱交換，而不使在每個(gè)所述磁熱層210、211、310、311中所建立的溫度梯度失效。在磁熱模塊2和3之間的這種連接連續(xù)地和持久地進(jìn)行實(shí)施，即所述磁熱模塊總是通過(guò)傳遞線路6和7相連接。
[0043]為此，每個(gè)子磁熱模塊21、31的磁熱層210、211、310、311通過(guò)一載熱流體線路相連接，所述載熱流體線路配有一單效活塞212、312，所述單效活塞布置在子磁熱模塊21、31的兩磁熱層210、211、310、311之間，以使載熱流體流動(dòng)。換句話說(shuō)，每個(gè)活塞212、312的腔室213、313流體連接到磁熱模塊2、3的所有磁熱層210、211，分別地310、311。在每個(gè)子磁熱模塊21、31中，兩磁熱層210、211、310、311總是處于不同的磁相中，即當(dāng)所述磁熱層210、311之一經(jīng)歷源自應(yīng)用磁場(chǎng)的溫度升高時(shí)，另一磁熱層211、310經(jīng)歷源自磁場(chǎng)被去除或減弱的溫度降低。載熱流體為此同時(shí)地在相反的兩個(gè)方向上在每個(gè)子磁熱模塊21、31的對(duì)應(yīng)的磁熱層210、211、310、311中流動(dòng)。從而獲得在分別地由連接到冷式交換器61和熱式交換器71的磁熱層所構(gòu)成的發(fā)生器的冷分支部分和熱分支部分之間的并聯(lián)組裝。根據(jù)其磁相，流體在這些磁熱層中的循環(huán)模式在作為參照所并入的 申請(qǐng)人:的專利申請(qǐng)F(tuán)R2937793中更為確切地進(jìn)行描述。
[0044]因此，通過(guò)與上文所述的和在圖1A和圖1B上所示的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)生器進(jìn)行比較，流體的驅(qū)動(dòng)部件或活塞212、312僅僅在子模塊21、31的磁熱層210、211、310、311之間安裝。這允許減少能夠使載熱流體移動(dòng)的活塞或裝置的數(shù)目和從而減少發(fā)生器的組件的數(shù)目，以及減小其體積尺寸和降低其成本。在圖3和圖4上所示的根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器I包括用于四個(gè)磁熱層210、211、310、311的兩個(gè)活塞212、312，而在某些已知的發(fā)生器中，使用六個(gè)活塞來(lái)使載熱流體穿過(guò)四個(gè)熱層流動(dòng)。因此，在這種構(gòu)型中，移動(dòng)載熱流體所需的能量也被減少，允許改善發(fā)生器的效率。最后，這類熱交換器I允許消除在活塞的不同腔室之間的熱橋現(xiàn)同時(shí)是緊湊的和使用有限的組件數(shù)目。
[0045]磁熱層210、211、310、311包括能夠在載熱流體的兩輸入端部和兩輸出端部之間建立溫度梯度的磁熱材料。該梯度借助于成系列的磁熱循環(huán)獲得，所述磁熱循環(huán)包括:
[0046]—在一磁熱層上應(yīng)用磁場(chǎng)，這引起磁熱層發(fā)熱，繼而使載熱流體從磁熱層的稱為“冷端部”的端部向稱為“熱端部”的端部流動(dòng)(循環(huán)的第一階段)，繼而
[0047]一去除或減弱磁場(chǎng)，這引起磁熱層的冷卻，繼而使載熱流體從磁熱層的熱端部向冷端部流動(dòng)(循環(huán)的第二階段)。
[0048]在每個(gè)子磁熱模塊21、31中，磁熱層210、211、310、311具有不同的磁熱材料，所述不同的磁熱材料能夠?qū)崿F(xiàn)錯(cuò)開(kāi)的溫度梯度，并且磁熱層210、211、310、311在子磁熱模塊21、31中安裝，以使得分別地包括最冷端部F2和F3的磁熱層211和311在發(fā)生器的冷側(cè)(在圖3和圖4上位于右邊一側(cè))安裝并直接地連接到冷傳遞線路6，以及分別地包括最熱端部C2和C3的磁熱層210和310在發(fā)生器的熱側(cè)(在圖3和圖4上位于左邊一側(cè))安裝并直接地連接到熱傳遞線路7。
[0049]位于熱發(fā)生器I的冷側(cè)的磁熱層211、311具有大致相同的熱梯度和大致相同的磁熱效應(yīng)，即在所建立的工況下，對(duì)于同一磁循環(huán)，一方面，在磁熱層211、311的兩端部之間的溫度差是相同的，和另一方面，構(gòu)成這些磁熱層211、311的材料的溫度偏差或溫度躍變是相同的。這對(duì)于位于熱發(fā)生器I的熱側(cè)的磁熱層210、310是相同的。此外，磁熱效應(yīng)，即源自磁場(chǎng)變化的溫度躍變或溫度偏差對(duì)于該熱發(fā)生器I的所有磁熱層210、211、310、311是大致相同的。
[0050]熱端部和冷端部的分別的磁熱層210、211和310、311通過(guò)一傳遞線路7、6流體連接，所述傳遞線路包括分別地?zé)崾綗峤粨Q器和冷式熱交換器71、61。通過(guò)傳遞線路7、6連接的兩磁熱層210、310和211、311同樣總是處于不同的磁相中，即當(dāng)所述磁熱層210、311之一經(jīng)歷磁場(chǎng)(例如強(qiáng)度為1.2特斯拉)時(shí)，通過(guò)傳遞線路7、6與之連接的另一磁熱層310、211不經(jīng)歷任何磁場(chǎng)，反之亦然。
[0051]在磁熱層210、211、310、311上應(yīng)用的磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化可通過(guò)一磁性系統(tǒng)8——所述磁性系統(tǒng)包括永磁體，所述永磁體與極性構(gòu)件相關(guān)聯(lián)或不相關(guān)聯(lián)并相對(duì)于所述磁熱層210、211、310、311相對(duì)移動(dòng)——或通過(guò)被供電線圈或通過(guò)任何其它等效部件來(lái)實(shí)施。
[0052]傳遞線路6、7的熱交換器61、71在發(fā)生器的冷側(cè)和第一外部線路(未顯示)之間以及在發(fā)生器的熱側(cè)和第二外部線路(未顯示)之間實(shí)施受控的熱交換。實(shí)際上和根據(jù)本發(fā)明，熱交換器61、71被定參數(shù)以在運(yùn)行的過(guò)程中與外部線路交換一定的能量，該能量?jī)?yōu)選地對(duì)應(yīng)在通過(guò)傳遞線路6、7連接的磁熱層210、211和310、311的對(duì)應(yīng)的兩端部之間的溫度差。借助于在熱交換器61、71中的交換面積、就交換能力而言對(duì)載熱流體或載熱液體的選擇、這些流體的流量，實(shí)施這種定參數(shù)，以使得在熱交換器61、71中與在根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器I中流動(dòng)的載熱流體所交換的能量大致對(duì)應(yīng)當(dāng)載熱流體進(jìn)入經(jīng)歷磁熱效應(yīng)的磁熱層210、211、310、311中時(shí)該載熱流體的溫度和當(dāng)該載熱流體從該磁熱層出離時(shí)該載熱流體的溫度的溫度差。
[0053]這類措施允許最好地使已經(jīng)過(guò)傳遞線路6、7的載熱流體的溫度與對(duì)應(yīng)的磁熱層210、211、310、311的端部的溫度接近。由此使得，一方面，載熱流體不干擾在所涉及的磁熱層210、211、310、311中的熱梯度，和另一方面，與外部交換的熱能確切地被加以利用和不導(dǎo)致熱發(fā)生器I的效率損失。
[0054]圖3和圖4為此示出磁熱層210、211、310、311的磁熱循環(huán)的兩階段，并示出在根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器I運(yùn)行時(shí)所獲得的溫度(形成磁熱層的端部的磁熱材料的溫度加劃著重線)。子磁熱模塊21和31通過(guò)熱交換器61、71流體連接并且其磁熱層210、211、310、311經(jīng)歷反向的磁應(yīng)力。
[0055]參考圖3，可以觀察到，在所建立的工況下，在源自通過(guò)磁性系統(tǒng)8應(yīng)用磁場(chǎng)的磁熱層210的發(fā)熱結(jié)束時(shí)，以為20°C的溫度Tsf從磁熱層210出離的載熱流體經(jīng)過(guò)熱傳遞線路7的熱交換器71。載熱流體繼而以為18°C的溫度Tef回到磁熱層310中，借助于在熱交換器71中實(shí)施的受控?zé)峤粨Q，所述溫度Tef對(duì)應(yīng)構(gòu)成經(jīng)歷冷卻的磁熱層310的對(duì)應(yīng)端部的材料的溫度。流體以8°C的溫度從磁熱層310出離，繼而被帶至活塞312的公共腔室313。同時(shí)地，以為0°C的溫度Tsf從已經(jīng)歷冷卻的磁熱層211出離的流體經(jīng)過(guò)冷傳遞線路6的熱交換器61和以為2°C的溫度Tef并入磁熱層311，所述溫度Tef對(duì)應(yīng)構(gòu)成已經(jīng)歷發(fā)熱的磁熱層311的對(duì)應(yīng)端部的材料的溫度。載熱流體以12°C的溫度從磁熱層311出離，繼而被帶至活塞312的公共腔室313并與來(lái)自磁熱層311的流體進(jìn)行混合。該公共腔室的流體的平均溫度TM因此對(duì)應(yīng)I (TC。
[0056]在圖4上所示的下一階段時(shí)，在源自應(yīng)用磁場(chǎng)的磁熱層310的發(fā)熱結(jié)束時(shí)，進(jìn)入該磁熱層310中的流體處于10°C的溫度(對(duì)應(yīng)公共腔室313的溫度和構(gòu)成已經(jīng)歷2°C的溫度升高——源自磁熱效應(yīng)——的磁熱層310的對(duì)應(yīng)端部的材料的溫度)。以為20°C的溫度Tsf從該磁熱層310出離的流體經(jīng)過(guò)熱交換器71，并以18°C的溫度Tef回到磁熱層210中，所述溫度Tef對(duì)應(yīng)構(gòu)成已經(jīng)歷冷卻循環(huán)的該磁熱層210的對(duì)應(yīng)端部的材料的溫度。流體以8°C的溫度從該磁熱層210出離，繼而被帶至活塞212的公共腔室213中。同時(shí)地，進(jìn)入磁熱層311中的流體處于10°C的溫度(對(duì)應(yīng)活塞312的腔室313的溫度和構(gòu)成已經(jīng)歷2°C的溫度降低——源自磁熱效應(yīng)——的磁熱層311的對(duì)應(yīng)端部的材料的溫度)。流體以為0°C的溫度Tsf從該磁熱層311出離經(jīng)過(guò)熱交換器61，并以為2°C的溫度Tef回到磁熱層211中，所述溫度Tef對(duì)應(yīng)構(gòu)成已經(jīng)歷產(chǎn)熱的磁熱層211的對(duì)應(yīng)端部的材料的溫度。流體以12°C的溫度從磁熱層211出離，繼而被帶至活塞212的公共腔室213。流體在該公共腔室213中的平均溫度因此對(duì)應(yīng)10°C。
[0057]可以觀察到，借助于本發(fā)明，載熱流體在熱交換器61、71中通過(guò)允許將該流體置于一溫度，所述溫度大致對(duì)應(yīng)形成流體將經(jīng)過(guò)的磁熱層的端部的材料的溫度。因此，與外部應(yīng)用設(shè)施的熱交換，無(wú)論是在熱側(cè)還是在冷側(cè)，對(duì)熱發(fā)生器I的熱梯度沒(méi)有影響并因此不產(chǎn)生任何熱損耗，如在已知的類似發(fā)生器中的情形。當(dāng)然，需要熱隔離流體線路，以保證該結(jié)果。
[0058]此外，這種構(gòu)型一具有在其端部的位置通過(guò)冷傳遞線路6和熱傳遞線路7連接的兩個(gè)磁熱模塊2和3，與僅僅在磁熱層210、211、310、311之間實(shí)施的一流體分配相關(guān)聯(lián)——允許在活塞212和312的腔室213和313中獲得大致相同的流體溫度。
[0059]此外，一般性地，這種構(gòu)型一具有在其端部處通過(guò)冷傳遞線路6和熱傳遞線路7相連接的磁熱模塊一允許實(shí)施一種熱發(fā)生器，所述熱發(fā)生器的體積尺寸得到優(yōu)化和被縮小。實(shí)際上，這種構(gòu)型允許在例如以盤(pán)的形狀實(shí)施的公共支承件中集成位于多個(gè)磁熱模塊的同一熱側(cè)或冷側(cè)的磁熱層。
[0060]為此，圖4’示出根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器1，兩個(gè)支承盤(pán)Dl和D2在圖4’中示意性地示出并且這兩個(gè)支承盤(pán)承載從屬于兩磁熱模塊的磁熱層210和310，分別地211和311。在附圖中和更為特別地在圖4’中示意性地示出磁性系統(tǒng)8。實(shí)際上，承載磁熱層的支承盤(pán)Dl和D2是固定的，并且磁場(chǎng)的變化通過(guò)永磁體的組合件的移動(dòng)來(lái)實(shí)施。這些永磁體因此在磁熱層兩側(cè)定位，在支承盤(pán)Dl和D2外，位于磁熱層的左側(cè)和右側(cè)，而并非位于上方和位于下方，如在附圖中所示。
[0061]熱發(fā)生器I優(yōu)選地包括多于兩個(gè)熱模塊2、3和磁熱層整體安裝在兩個(gè)支承盤(pán)Dl和D2中。因此，連接到冷傳遞線路6的磁熱層集成在支承盤(pán)D2中，而連接到熱傳遞線路7的磁熱層集成在支承盤(pán)Dl中。這兩個(gè)支承盤(pán)Dl和D2從而形成在所述熱發(fā)生器中并聯(lián)安裝的熱分支部分和冷分支部分這兩個(gè)分支部分。從而獲得性能良好的和緊湊的一熱發(fā)生器
1
[0062]在圖5上不出一實(shí)施變型。熱發(fā)生器10具有兩磁熱模塊4和5的一組合件,每個(gè)磁熱模塊包括三個(gè)子磁熱模塊41、42、43和51、52、53——在對(duì)應(yīng)的模塊4、5中并聯(lián)連接。兩磁熱模塊4和5通過(guò)冷傳遞線路6連接到其冷端部F4和F5，和通過(guò)熱傳遞線路7連接到其熱端部C4和C5。兩個(gè)單效活塞412和512使載熱流體經(jīng)過(guò)熱發(fā)生器10流動(dòng)。為此，每個(gè)活塞412，分別地活塞512的腔室413，分別地腔室513連接到一磁熱模塊4，分別地磁熱模塊 5 的所有磁熱層 410，411、420、421、430、431，分別地磁熱層 510、511、520、521、530、531。這類構(gòu)型，盡管包括更多的磁熱層，仍舊是緊湊的，不需要比圖3和圖4的熱發(fā)生器I更多的載熱流體的驅(qū)動(dòng)部件，并具有與參照所述熱發(fā)生器I所描述的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。這里同樣地，所有磁熱層 410、420、430、510、520、530、分別地磁熱層 411、421、431、511、521、531 可在未顯示的兩支承盤(pán)中安裝，以優(yōu)化熱發(fā)生器10的體積尺寸。
[0063]在圖6上示出另一實(shí)施變型。圖6示出一熱發(fā)生器100，所述熱發(fā)生器與圖5的熱發(fā)生器10的區(qū)別在于載熱流體的驅(qū)動(dòng)部件。實(shí)際上，單一活塞422使載熱流體經(jīng)過(guò)該熱發(fā)生器100流動(dòng)。該活塞422是雙效活塞并包括兩個(gè)腔室423和523，每個(gè)腔室連接到一磁熱模塊4，分別地磁熱模塊5的所有磁熱層410、411、420、421、430、431，分別地磁熱層510、511、520、521、530、531。換句話說(shuō)，呈雙效活塞422——其每個(gè)腔室423、523與兩磁熱模塊 4、5 的所有磁熱層 410、411、420、421、430、431、510、511、520、521、530、531 相聯(lián)通——形式的唯一驅(qū)動(dòng)部件實(shí)施載熱流體的驅(qū)動(dòng)。熱發(fā)生器100的緊湊性因此得到增強(qiáng)。這類構(gòu)型是可能的，這是因?yàn)?，如在上文所指出的，載熱流體的溫度在活塞422的兩腔室423和523中是大致相同的，以使得在相鄰的兩腔室423和523之間存在的熱橋?qū)⒎浅Ｊ芟?小于0.1°C )，和在熱發(fā)生器100的效率上將不具有負(fù)面作用。當(dāng)然，該熱發(fā)生器100具有與相對(duì)在圖5上所示的熱發(fā)生器10所描述的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。這里同樣地，所有磁熱層410、420、430、510、520、530，分別地磁熱層411、421、431、511、521、531可安裝在兩支承盤(pán)中，以優(yōu)化熱發(fā)生器100的體積尺寸。
[0064]在圖7上示出的熱發(fā)生器I’是圖3和圖4的熱發(fā)生器I的一變型。圖7的熱發(fā)生器具有與圖3和圖4的熱發(fā)生器相同的優(yōu)點(diǎn)并且主要區(qū)別在于在所示出的兩個(gè)磁熱模塊2’和3’的每個(gè)中存在多個(gè)磁熱層610、610’、611、611’、710、710’、711、711’。還是在該變型中，磁熱模塊2’和3’包括單一子磁熱模塊21’、31’。盡管未示出，本發(fā)明還設(shè)置實(shí)施包括多個(gè)子磁熱模塊的磁熱模塊2’、3’。增加磁熱層數(shù)目的事實(shí)允許增大在熱發(fā)生器的熱端部C6、C7和冷端部F6、F7之間所建立的工況下獲得的溫度梯度。為此，在子磁熱模塊2’、21’和3’、31’中，磁熱層集組成兩個(gè)磁熱層組G1、G2和G3、G4并且串聯(lián)連接。為了進(jìn)一步優(yōu)化熱梯度，每個(gè)磁熱模塊2’、3’的磁熱層610、610’、611、611’、710、710’、711、711’包括
這樣的磁熱材料:所述磁熱材料的居里溫度是不同的并且從冷端部F6、F7到對(duì)應(yīng)的熱端部C6、C7是增大的。
[0065]這里同樣地，所有磁熱層610、610’、611、611’、710、710’、711、711’可安裝在支承
盤(pán)中，以優(yōu)化熱發(fā)生器I’的體積尺寸。在圖7上示出的熱發(fā)生器I’為此包括示意性地示出的和通過(guò)數(shù)字標(biāo)記D3、D4、D5、D6進(jìn)行識(shí)別的四個(gè)支承盤(pán)。
[0066]為了進(jìn)一步增強(qiáng)熱發(fā)生器的緊湊性，可在僅僅兩個(gè)支承盤(pán)一即在圖8中示意性地示出的支承盤(pán)D7和D8——中安裝磁熱層610、610’、710、710’、分別地611、611’、711、711，。
[0067]圖9示出根據(jù)在圖7上所示的實(shí)施方式的另一變型的熱發(fā)生器I’ ’，在其中，在形成所述磁熱層組Gl、G2的磁熱層610和610’、磁熱層710和710’，分別地磁熱層611和611’、磁熱層711和711’之間，在流體線路中串聯(lián)地布置中間熱交換器81、91。這些中間熱交換器81、91可例如連接到一珀?duì)柼?yīng)裝置或類似裝置，并能夠修改所述磁熱層610、610’、611、611’、710、710’、711、711’的溫度。這些中間熱交換器81、91可以連續(xù)的方式，或在熱發(fā)生器I’’的運(yùn)行循環(huán)的僅僅一部分中實(shí)施熱交換。這些中間熱交換器從而可具有預(yù)冷卻或使位于冷交換線路6—側(cè)的磁熱層611、611’、711、711’在啟動(dòng)熱發(fā)生器I’’時(shí)置于最優(yōu)的初始溫度——以使得所述磁熱層更為快速地達(dá)到接近其居里溫度的一溫度，即其磁熱效應(yīng)最大的溫度——的目的。通過(guò)這種方式，安裝在熱交換線路7 —側(cè)的中間熱交換器81可用于進(jìn)行預(yù)加熱或使位于熱交換線路7—側(cè)的磁熱層610、610’、710、710’在啟動(dòng)熱發(fā)生器I’ ’時(shí)置于最優(yōu)的初始溫度，以使得所述磁熱層更為快速地達(dá)到接近其居里溫度的一溫度，即其磁熱效應(yīng)最大的溫度。置于最優(yōu)初始溫度允許更為快速地獲得所建立的工況，在其中達(dá)到在熱發(fā)生器I’’的熱側(cè)和冷側(cè)之間的溫度梯度。這允許增大熱發(fā)生器I’’的可用的有效功率。在未示出的一實(shí)施變型中，位于冷交換線路6—側(cè)的中間熱交換器81可與冷式熱交換器61串聯(lián)連接，而位于熱交換線路7 —側(cè)的中間熱交換器91可與熱式熱交換器71串聯(lián)連接。
[0068]如所述的熱發(fā)生器1、10、100、1’、1’’允許因此同時(shí)對(duì)熱交換和其體積尺寸進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)性能進(jìn)行改進(jìn)。
[0069]從該說(shuō)明書(shū)清晰地展示出，本發(fā)明允許達(dá)到所確定的目的，即與磁熱式熱發(fā)生器的外部交換熱能，而不使可用的能量劣化，也不使在不同的磁熱層中的溫度梯度失效，以對(duì)發(fā)生器的效率進(jìn)行改進(jìn)。這通過(guò)在反向作業(yè)的和通過(guò)熱傳遞線路7和冷傳遞線路6—允許合適地作用于載熱流體的溫度——連接到熱端部C2、C3、C4、C5、C6、C7和冷端部F2、F3、F4、F5、F6、F7的兩磁熱模塊2和3、2’和3’以及4和5之間存在流體聯(lián)系和受控的熱交換變得是可能的。
[0070]此外，根據(jù)本發(fā)明的熱發(fā)生器1、10、100、1’、1’’具有受限的體積尺寸和對(duì)于載熱流體的驅(qū)動(dòng)而言需要比現(xiàn)有技術(shù)的已知的發(fā)生器更少的組件，從而對(duì)于啟動(dòng)這些驅(qū)動(dòng)部件需要更少的能量。此外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器還允許通過(guò)避免在載熱流體的驅(qū)動(dòng)部件中的熱橋的負(fù)面作用來(lái)對(duì)其效率進(jìn)行優(yōu)化。
[0071]本發(fā)明并不限定于所述的實(shí)施例，而是覆蓋對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的任何修改和變型，同時(shí)保持在所附的權(quán)利要求中所限定的保護(hù)范圍內(nèi)。特別地，盡管所述的實(shí)施例包括兩磁熱模塊2、3、4、5、2’、3’的唯一組合件，本發(fā)明還設(shè)置在同一發(fā)生器中增加組合件數(shù)目的可能性，以增大發(fā)生器的熱功率或在熱端部和冷端部之間的溫度差。
【權(quán)利要求】
1.一種磁熱式熱發(fā)生器(1，10，100，I’，I’’)，所述磁熱式熱發(fā)生器包括至少兩個(gè)磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3’)的至少一組合件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)部件(212，312，412，512，422，212’，312’)置于循環(huán)的一載熱流體穿過(guò)這至少兩個(gè)磁熱模塊， 其特征在于，每個(gè)磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3’)包括磁熱材料的至少兩個(gè)磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，421，430，431，510，511，520，521，530，531，610，610’ ,611,611’ ,710,710'，711，711’)，這至少兩個(gè)磁熱層總是處于不同的磁相中； 載熱流體的驅(qū)動(dòng)部件(212，312，412，512，422)流體連接到至少一磁熱模塊的磁熱層； 磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，421，430，431，510，511，520，521，530，531，.610，610’ ,611,611' ,710,710' ,711,711')由磁熱材料構(gòu)成，磁熱材料被布置以使得磁熱效應(yīng)在所有磁熱層中是大致相同的； 磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3’)的冷端部(F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6，F(xiàn)7)通過(guò)一冷傳遞線路(6)流體連接，冷傳遞線路為載熱流體取道和用于通過(guò)熱交換器(61)與一外部線路進(jìn)行熱交換； 磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3’)的熱端部(C2，C3，C4，C5，C6，C7)通過(guò)一熱傳遞線路(7)流體連接，熱傳遞線路為載熱流體取道和用于通過(guò)熱交換器(71)與一外部線路進(jìn)行熱交換； 并且，熱交換器出1，71)被布置以使得載熱流體在熱交換器(61,71)中的輸入溫度和輸出溫度的溫度差大致等于與經(jīng)歷磁熱效應(yīng)的磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，.421，430，431，510，511，520，521，530，531，610，610， ，611，611， ，710，710， ，711，711，)相接觸的載熱流體的溫度變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3’)包括至少兩個(gè)子磁熱模塊(21，31，41，42，43，51，52，53，21’，31’)，每個(gè)子磁熱模塊包括至少兩個(gè)磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，421，430，431，510，511，520，521，530，531，.610，610’ ,611,611' ,710,710' ,711,711');并且，在磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3’)中，子磁熱模塊(21，31，41，42，43，51，52，53，21，，31，)并聯(lián)安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，子磁熱模塊(21’，31’)包括至少兩磁熱層(610，610’ ,611,611' ;710，710’，711，711’)組(G1，G2)，磁熱層組(G1，G2)通過(guò)載熱流體的驅(qū)動(dòng)部件(212’，312’)流體相連接；并且，在每個(gè)磁熱層組(G1，G2，G3，G4)中，磁熱層(610,610' ,611,611' ;710，710，，711，711，)串聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，在磁熱層組(Gl，G2)的連續(xù)的兩磁熱層(610和610’，710和710’，分別地611和611’，711和711，)之間布置一中間熱交換器(81，91)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，中間熱交換器(81，91)連接到傳遞線路(6，7)之一的熱交換器(61，71)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，連接到冷傳遞線路(6)的磁熱層組(G1，G3)的中間熱交換器(81)相連接，而連接到熱傳遞線路(7)的磁熱層組(G2，G4)的中間熱交換器(91)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁熱式熱發(fā)生器(1，10)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)部件(212，.312,412,512)以單效活塞的形式實(shí)施；并且，每個(gè)活塞的腔室(213，313，413，513)流體連接到一磁熱模塊(2,3,4,5)的磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，421，430，431 ;510，.511,520,521,530,531)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁熱式熱發(fā)生器(100)，其特征在于，驅(qū)動(dòng)部件(422)以雙效活塞的形式實(shí)施；并且，活塞(422)的每個(gè)腔室(423，523)流體連接到一磁熱模塊(4，5)的磁熱層(410,411,420,421,430,431 ；510, 511, 520, 521, 530, 531) ?
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，所述磁熱式熱發(fā)生器包括磁性系統(tǒng)，磁性系統(tǒng)被布置以使磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，421，430，431，510，511，520，521，530，531，610，610’，611，611，，710，710’，711，711’)經(jīng)歷可變的磁場(chǎng)，以使得位于冷端部(F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5)的磁熱層(211，311，411，421，431，511，521，531)和位于熱端部(C2，C3，C4，C5)的磁熱層(410，420，430，510，520，530)總是處于不同的加熱或冷卻階段中。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，磁熱層安裝在呈盤(pán)形的支承件(Dl，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D7’，D8’)中，每個(gè)支承件包括每個(gè)磁熱模塊(2，3，4，5，2’，3，)的至少一磁熱層(210，211，310，311，410，411，420，421，430，431，510，511，520，521，530，531，610，610，，611，611，，710，710，，711，711，)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁熱式熱發(fā)生器，其特征在于，驅(qū)動(dòng)部件在磁熱層的并不位于磁熱模塊的冷側(cè)和熱側(cè)處的連續(xù)端部之間相連接。
【文檔編號(hào)】F25B21/00GK103946649SQ201280057577
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月24日
【發(fā)明者】C·穆勒 申請(qǐng)人:制冷技術(shù)應(yīng)用股份有限公司