使用磁致熱材料的可變熱泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的主題大體上涉及熱栗，該熱栗可以基于所需的熱傳遞的量來可變地采用磁致熱材料。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的制冷技術(shù)通常采用熱栗，該熱栗依靠于流體制冷劑的壓縮和膨脹來以循環(huán)的方式接收和發(fā)射熱，以便實(shí)現(xiàn)期望的溫度變化，或者，即，將熱能從一個位置傳遞到另一個。該循環(huán)可用于提供例如熱從制冷隔室的接收，和此種熱到隔室外部的環(huán)境或位置的發(fā)射。其他應(yīng)用包括居住結(jié)構(gòu)或者商業(yè)結(jié)構(gòu)的空氣調(diào)節(jié)(加熱或冷卻)。已開發(fā)了可與此種系統(tǒng)中的熱栗一起使用的多種不同的流體制冷劑。
[0003]這些常規(guī)的熱栗系統(tǒng)存在一些難題。雖然已作出了改進(jìn)，但頂多依賴于流體制冷劑的壓縮的熱栗系統(tǒng)仍可僅在最大理論卡諾循環(huán)效率的大約百分之45或更少下操作。而且，一些流體制冷劑已由于環(huán)境顧慮而停用。一些此種基于制冷劑的系統(tǒng)可在其內(nèi)操作的周圍溫度范圍對于一些位置而言可能是不可實(shí)施的。使用流體制冷劑的熱栗存在的其他難題也存在。
[0004]磁致熱材料(MCM)，即，呈現(xiàn)磁致熱效應(yīng)的材料，為熱栗應(yīng)用提供流體制冷劑的可能的備選方案。大體而言，正常MCM的磁矩將在增大的、在外部施加的磁場下變得更有序，且導(dǎo)致MCM生成熱。相反，降低在外部施加的磁場將允許MCM的磁矩變得更無序，且允許MCM吸收熱。一些MCM呈現(xiàn)相反的特性，S卩，當(dāng)移除磁場時生成熱，且當(dāng)被放置到磁場中時變得更冷。該之后的類型可稱為逆磁致熱材料或超磁致熱材料(para-magneto caloricmaterial)。正常和逆MCM在本文中共同地稱為磁致熱材料或MCM。基于MCM的制冷循環(huán)的理論卡諾循環(huán)效率的可實(shí)現(xiàn)的百分比可顯著高于基于流體制冷劑的類似制冷循環(huán)。因此，可有效地使用MCM的熱栗系統(tǒng)將是有用的。
[0005]MCM的實(shí)用且有成本競爭力的應(yīng)用然而存在難題。除了適合的MCM的開發(fā)之外，仍然需要具有吸引力地利用MCM的設(shè)備。例如，熱栗可能需要的周圍狀態(tài)可顯著地變化。例如，對于放置在車庫中或者位于無空氣調(diào)節(jié)空間中的制冷器具而言，周圍空氣的范圍可從低于冰點(diǎn)到高于90 °F。一些MCM僅在與此種周圍狀態(tài)存在的相比窄得多的溫度范圍內(nèi)能夠接受且生成熱。而且，不同的MCM可在不同溫度下更顯著地呈現(xiàn)磁致熱效應(yīng)。
[0006]如在下面進(jìn)一步描述的，用于提供在例如制冷機(jī)應(yīng)用中需要的冷卻的一種途徑可以是使用熱栗，該熱栗具有多種不同MCM(它們具有不同的反應(yīng)溫度)，但以提供所需的總體溫度變化的方式使用。然而，由于例如制冷機(jī)的內(nèi)容物在溫度方面降低，故使用所有這些不同的MCM可能是低效的。例如，在熱栗利用行進(jìn)穿過MCM的流體以用于熱交換的情況下，與使該流體行進(jìn)穿過所有MCM相關(guān)的壓力下降當(dāng)在熱栗的操作的不同階段需要MCM的僅一部分時表現(xiàn)出低效。作為另外的示例，由于用于施加磁場的能量，在熱栗操作時使所有的不同MCM始終經(jīng)受磁場也可能是不必要且因此低效的，
因此，可解決這種難題的熱栗系統(tǒng)，諸如上面指出的那些，將是有用的。還可用在例如制冷器具中的此種熱栗系統(tǒng)也將是有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種熱栗系統(tǒng)，其使用具有不同居里溫度范圍的MCM的多個級。使用可調(diào)節(jié)的流體流動路徑，由此熱傳遞流體行進(jìn)穿過的級的數(shù)量可取決于例如所需的加熱或冷卻的量而變化。在某些實(shí)施例中，用于激活MCM的磁場可被操縱，以便也調(diào)節(jié)被激活的MCM的級的數(shù)量。這些和其他特征可提高熱栗的操作效率。本發(fā)明的額外的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下列描述中部分地示出，或可從描述變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)施而習(xí)得。
[0008]在一個示范實(shí)施例中，本發(fā)明提供熱栗，該熱栗包括沿預(yù)定方向順序地布置的多個級。級中的各個包括具有居里溫度范圍的磁致熱材料。級布置成以便該多個級的居里溫度范圍沿該預(yù)定方向增大。提供通過熱栗的可調(diào)節(jié)的熱傳遞流體流動路徑。該流體流動路徑構(gòu)造成以便熱傳遞流體行進(jìn)通過的級的數(shù)量是可調(diào)節(jié)的。磁性裝置定位為接近該多個級。該磁性裝置構(gòu)造成使該多個級中的一個或更多個經(jīng)受磁場。
[0009]在另一個示范方面中，本發(fā)明提供操作熱栗的方法，該熱栗包括沿預(yù)定方向順序地布置的多個級。級中的各個包括具有居里溫度范圍的磁致熱材料。級布置成以便該多個級的居里溫度范圍沿該預(yù)定方向增大。該方法包括以下步驟:將流體的流動引導(dǎo)通過該多個級；通過改變流體的流動路徑來調(diào)節(jié)流體流動通過的級的數(shù)量；和使級循環(huán)到磁場中和磁場外，以便在流體與級中的一個或更多個之間交換熱。調(diào)節(jié)的步驟改變在級與流體之間交換的熱的量。
[0010]在又另一示范實(shí)施例中，本發(fā)明提供熱栗系統(tǒng)。熱栗系統(tǒng)包括再生器，該再生器限定周向方向，且能夠圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)，該軸向方向在該再生器的第一端和第二端之間延伸。該再生器包括多個腔，其中各腔沿軸向方向縱向地延伸，具有第一端處的開口，且具有第一孔口，該第一孔口沿各腔的徑向最外表面定位。多個腔沿周向方向布置在彼此附近。
[0011]提供多個工作單元，其中各工作單元定位在多個腔中的一個內(nèi)，且沿軸向方向延伸。各工作單元包括沿軸向方向順序地布置的多個級。各級包括具有居里溫度范圍的磁致熱材料。多個級布置成以便該多個級的居里溫度范圍沿該軸向方向增大。
[0012]閥附接至該再生器的第一端。閥包括多個孔口，該多個孔口沿周向方向與彼此間隔開，其中各孔口定位為接近該多個腔中的一個的開口中的一個。外罩限定內(nèi)部，該再生器被可旋轉(zhuǎn)地接收在該內(nèi)部中。外罩和再生器能夠沿軸向方向相對于彼此移動。外罩限定以相反的方式定位的一對第二孔口。該對第二孔口構(gòu)造成用于在該再生器相對于外罩旋轉(zhuǎn)時，與多個腔的第一孔口選擇性地對齊。
[0013]磁性裝置定位為靠近再生器且沿軸向方向延伸。磁性裝置定位為以便在再生器圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)時，多個工作單元中的一個或更多個移動到磁場中和磁場外。密封件定位為接近閥，且構(gòu)造為使得再生器和閥能夠相對于密封件旋轉(zhuǎn)。該密封件包括一對端口，該對端口相對于彼此以相反的方式定位，且還定位為以便在再生器圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)時，各端口可與多個腔的開口中的至少一個選擇性地對齊。
[0014]通過參照下列描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。并入本說明書并組成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明一起用來說明本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0015]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的完整和可實(shí)踐的公開，包括其最佳模式，在參照附圖的說明書中闡述，在附圖中:
圖1提供本發(fā)明的制冷器具的示范實(shí)施例。
[0016]圖2是本發(fā)明的示范熱栗系統(tǒng)的示意例示，其位于具有機(jī)械隔室和至少一個制冷隔室的示范制冷機(jī)中。
[0017]圖3是熱栗的示范實(shí)施例的多個級(例如，工作單元)的使用中的各種步驟的示意性圖不。
[0018]圖4是與在下面進(jìn)一步說明的MCM的若干級有關(guān)的某些數(shù)據(jù)的標(biāo)圖。
[0019]圖5是熱栗的另一示范實(shí)施例的多個級(例如，工作單元)的使用中的各種步驟的示意性圖示。
[0020]圖6是本發(fā)明的熱栗的示范實(shí)施例的透視圖。
[0021]圖7是圖6中示出的熱栗的示范實(shí)施例的分解圖。
[0022]圖8是圖6的示范熱栗的截面圖。
[0023]圖9是圖6的示范熱栗的另一透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]現(xiàn)在將詳細(xì)地參照在附圖中示出一個或更多個實(shí)例的本發(fā)明的實(shí)施例。各實(shí)施例作為本發(fā)明的解釋，而非本發(fā)明的限制來提供。事實(shí)上，在本發(fā)明中可進(jìn)行各種更改和變化而不脫離本發(fā)明的精神或范疇這點(diǎn)對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員將是顯而易見的。例如，作為一個實(shí)施例的一部分示出或描述的特征可與另一實(shí)施例一起使用以產(chǎn)生進(jìn)一步的實(shí)施例。因此，意圖當(dāng)更改和變化在所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)時，本發(fā)明覆蓋這種更改和變化。
[0025]現(xiàn)在參考圖1，器具制冷機(jī)10的示范實(shí)施例描繪為直立的制冷機(jī)，其具有限定多個內(nèi)部儲存隔室或冷藏腔的柜或殼體12。具體而言，制冷機(jī)器具10包括具有門16的上新鮮食物隔室14，和具有上抽屜20和下抽屜22的下冷凍隔室18。抽屜20、22是“拉出”型抽屜，因?yàn)樗鼈兛杀灰揽亢线m的滑動機(jī)構(gòu)而手動地移動到冷凍隔室18中和移動到其外。
[0026]制冷機(jī)10僅是作為示例提供的。用于制冷機(jī)器具的其他構(gòu)造也可使用，包括僅具有冷凍隔室、僅具有冷藏隔室、或與圖1中所示的不同的它們的其他組合的器具。此外，本發(fā)明的熱栗和熱栗系統(tǒng)不限于器具，且也可用在其他應(yīng)用中，諸如例如空氣調(diào)節(jié)、電子冷