磁冷卻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及使用磁熱效應(yīng)的冷卻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]利用制冷劑諸如氯氟烴(CFC)或氫氯氟烴(HCFC)與在制冷劑的冷凝和蒸發(fā)期間產(chǎn)生的空氣之間的熱交換的冷卻裝置已經(jīng)被廣泛地用于家庭和工業(yè)領(lǐng)域。然而，這樣的制冷劑引起環(huán)境問題，諸如臭氧層的破壞和全球變暖。因此，代替使用制冷劑的冷卻裝置的各種新型冷卻裝置目前在研究中。
[0003]代替使用制冷劑的冷卻裝置的典型冷卻裝置是磁冷卻裝置。磁冷卻裝置是利用磁熱效應(yīng)的冷卻裝置。具體地，磁冷卻裝置利用磁性材料與由于磁場變化產(chǎn)生的空氣之間的熱交換。
[0004]在常規(guī)磁冷卻裝置中，包括磁性材料的至少一個(gè)磁蓄冷器(magneticregenerator)在磁體的內(nèi)部和外部之間旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致磁蓄冷器中包括的磁性材料的溫度變化。此外，電機(jī)用于使磁蓄冷器旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0005]然而，可能難以最小化利用電機(jī)作為電源的磁冷卻裝置的尺寸并且磁冷卻裝置具有低能量效率。
[0006]此外，在常規(guī)磁冷卻裝置中，在熱傳遞流體在包括高溫側(cè)熱交換器、低溫側(cè)熱交換器和磁蓄冷器的磁冷卻裝置中循環(huán)期間產(chǎn)生熱損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明的一方面是提供一種磁冷卻裝置，在該磁冷卻裝置中磁蓄冷器往復(fù)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)而沒有附加電源諸如電機(jī)，并且在熱傳遞流體在磁冷卻裝置中的循環(huán)期間產(chǎn)生的熱損失被最小化。
[0009]本發(fā)明的額外方面將在以下的描述中部分地闡述，且部分將自該描述明顯或者可以通過本發(fā)明的實(shí)踐而習(xí)知。
[0010]針對(duì)該問題的方案
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種磁冷卻裝置包括:多個(gè)磁蓄冷器，包括在磁化時(shí)散發(fā)熱并且在去磁時(shí)吸收熱的多種磁熱材料，該磁蓄冷器可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在具有預(yù)定半徑的圓周上；至少一個(gè)線圈，設(shè)置在圓周上并且被聯(lián)接到磁蓄冷器；以及多個(gè)永磁體，設(shè)置在圓周的內(nèi)部和外部以產(chǎn)生磁場從而使磁蓄冷器磁化或去磁，其中所述至少一個(gè)線圈與由永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用以旋轉(zhuǎn)磁蓄冷器。
[0012]在其中磁蓄冷器基于所述磁場而旋轉(zhuǎn)的方向上定位的線圈可以產(chǎn)生與所述磁場具有相反方向的磁場。
[0013]當(dāng)磁蓄冷器旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時(shí)，在磁蓄冷器基于所述磁場而旋轉(zhuǎn)的方向上定位的線圈可以產(chǎn)生與所述磁場具有相同方向的磁場。
[0014]在與其中磁蓄冷器基于所述磁場而旋轉(zhuǎn)的方向相反的方向上定位的線圈可以產(chǎn)生與所述磁場具有相同方向的磁場。
[0015]當(dāng)磁蓄冷器旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時(shí)，在與磁蓄冷器基于所述磁場而旋轉(zhuǎn)的方向相反的方向上定位的線圈可以產(chǎn)生與所述磁場具有相反方向的磁場。
[0016]磁冷卻裝置還可以包括:至少一個(gè)第一通道轉(zhuǎn)換閥，在所述圓周的軸向方向上聯(lián)接到磁蓄冷器的一個(gè)端部以將從去磁的磁蓄冷器釋放的熱傳遞材料引導(dǎo)到磁化的磁蓄冷器;熱交換器，熱傳遞材料在其中從磁化的磁蓄冷器吸收熱能；以及至少一個(gè)第二通道轉(zhuǎn)換閥，在所述圓周的軸向方向上聯(lián)接到磁蓄冷器的其他端部以將從磁化的磁蓄冷器釋放的熱傳遞材料引導(dǎo)到熱交換器并且將從熱交換器釋放的熱傳遞材料引導(dǎo)到去磁的磁蓄冷器。
[0017]第一通道轉(zhuǎn)換閥可以包括旋轉(zhuǎn)單元和固定單元，該旋轉(zhuǎn)單元包括連接到磁化的磁蓄冷器的第一通道和連接到去磁的磁蓄冷器的第二通道，旋轉(zhuǎn)單元與磁蓄冷器一起旋轉(zhuǎn)，該固定單元包括連接在第一通道和第二通道之間的連接通道，該固定單元可旋轉(zhuǎn)地支撐旋轉(zhuǎn)單元。
[00?8]已傳遞熱能到去磁的磁蓄冷器的熱傳遞材料可以從固定單元吸收熱能。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，磁冷卻裝置包括:產(chǎn)生磁場的磁場產(chǎn)生構(gòu)件；磁蓄冷構(gòu)件，包括在通過磁場磁化時(shí)散發(fā)熱能并且在去磁時(shí)吸收熱能的多個(gè)磁蓄冷器以及利用與所述磁場的相互作用移動(dòng)磁蓄冷器的至少一個(gè)線圈；以及通道轉(zhuǎn)換構(gòu)件，將已穿過去磁的磁蓄冷器的熱傳遞材料引導(dǎo)到磁化的磁蓄冷器，其中已穿過去磁的磁蓄冷器的熱傳遞材料冷卻通道轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
[0020]在其中磁蓄冷構(gòu)件基于所述磁場而移動(dòng)的方向上定位的至少一個(gè)線圈可以產(chǎn)生與所述磁場具有相反方向的磁場。
[0021]在與其中磁蓄冷構(gòu)件基于所述磁場而移動(dòng)的方向相反的方向上定位的至少一個(gè)線圈可以產(chǎn)生與所述磁場具有相同方向的磁場。
[0022]離開所述磁場的至少一個(gè)線圈可以不產(chǎn)生磁場。
[0023]磁蓄冷器可以設(shè)置在相同平面上并且所述至少一個(gè)線圈可以設(shè)置在磁蓄冷器的外部。
[0024]磁蓄冷構(gòu)件可以產(chǎn)生垂直于所述平面的磁場。
[0025]磁蓄冷構(gòu)件可以在垂直于由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場的方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0026]磁蓄冷器可以設(shè)置在圓柱體的圓周上并且所述至少一個(gè)線圈可以設(shè)置在磁蓄冷器之間。
[0027 ]磁場產(chǎn)生構(gòu)件可以產(chǎn)生在圓柱體的徑向方向上的磁場。
[0028]磁蓄冷構(gòu)件可以在垂直于由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場的方向上旋轉(zhuǎn)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種磁冷卻裝置包括:產(chǎn)生磁場的磁場產(chǎn)生構(gòu)件;磁蓄冷構(gòu)件，包括在進(jìn)入磁場時(shí)散發(fā)熱能并且在離開磁場時(shí)吸收熱能的磁蓄冷器以及利用與磁場的相互作用移動(dòng)磁蓄冷器的至少一個(gè)線圈；位置檢測(cè)單元，檢測(cè)磁蓄冷構(gòu)件的位置;驅(qū)動(dòng)單元，將用于產(chǎn)生可變磁場的驅(qū)動(dòng)電流供給到所述至少一個(gè)線圈；以及控制器，基于位置檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果控制驅(qū)動(dòng)單元，使得磁蓄冷器進(jìn)入或離開由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場。
[0030]產(chǎn)生與由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場具有相反方向的磁場的驅(qū)動(dòng)電流可以被供給到在其中磁蓄冷構(gòu)件基于所述磁場而移動(dòng)的方向上定位的線圈。
[0031]當(dāng)磁蓄冷構(gòu)件移動(dòng)預(yù)定距離時(shí)，用于產(chǎn)生與由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場具有相同方向的磁場的驅(qū)動(dòng)電流可以被供給到在其中磁蓄冷構(gòu)件移動(dòng)的方向上定位的線圈。
[0032]用于產(chǎn)生與由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場具有相同方向的磁場的驅(qū)動(dòng)電流可以被供給到在與其中磁蓄冷構(gòu)件基于所述磁場而移動(dòng)的方向相反的方向上定位的線圈。
[0033]當(dāng)磁蓄冷構(gòu)件移動(dòng)預(yù)定距離時(shí)，用于產(chǎn)生與由磁場產(chǎn)生構(gòu)件產(chǎn)生的磁場具有相反方向的磁場的驅(qū)動(dòng)電流可以被供給到在與其中磁蓄冷構(gòu)件移動(dòng)的方向相反的方向上定位的線圈。
[0034]有益效果
[0035]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式的方面，可以小型化磁冷卻裝置并且最小化熱損失。
【附圖說明】
[0036]通過結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施方式的以下描述，本發(fā)明的這些和/或其它方面將變得顯然且更易于理解，在附圖中:
[0037]圖1a和Ib是示意性地顯示根據(jù)實(shí)施方式的磁冷卻裝置的視圖；
[0038]圖2是根據(jù)實(shí)施方式的磁性熱交換器的控制方框圖示；
[0039]圖3是示出根據(jù)實(shí)施方式的磁性熱交換器的熱交換循環(huán)的視圖；
[0040]圖4是顯示根據(jù)實(shí)施方式的磁蓄冷器驅(qū)動(dòng)器件中包括的驅(qū)動(dòng)單元的示例的視圖；
[0041]圖5是示出圖4中顯示的驅(qū)動(dòng)單元的操作的視圖；
[0042]圖6是顯示根據(jù)實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁性熱交換器的視圖；
[0043]圖7是沿圖6的線A-A’截取的視圖；
[0044]圖8a和Sb是示出根據(jù)實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁蓄冷構(gòu)件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的視圖；
[0045]圖9a_9d是顯示當(dāng)根據(jù)實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁蓄冷構(gòu)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)被供給驅(qū)動(dòng)電流的線圈的視圖；
[0046]圖1Oa-1Of是顯示當(dāng)根據(jù)實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁蓄冷構(gòu)件向左移動(dòng)時(shí)流入線圈中的電流的視圖；
[0047]圖1la-1lf是顯示當(dāng)根據(jù)實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁蓄冷構(gòu)件向右移動(dòng)時(shí)流入線圈中的電流的視圖；
[0048]圖12是顯示根據(jù)另一實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁性熱交換器的視圖；
[0049]圖13是沿圖12的線E-E’截取的視圖；
[0050]圖14a和14b是示出根據(jù)另一實(shí)施方式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)型磁蓄冷構(gòu)件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的視圖；
[0051 ]圖15是顯示根據(jù)實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)型磁性熱交換器的視圖；
[0052]圖16a和16b是顯示圖15的線F-F’上的磁場的強(qiáng)度的視圖以及沿圖15的線F-F’截取的磁蓄冷構(gòu)件的截面圖；
[0053]圖17a_17d和18a_18d是示出根據(jù)實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)型磁蓄冷構(gòu)件的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的視圖；
[0054]圖19a_19f、圖20a_20c和圖21a_21c是示出根據(jù)實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)型磁蓄冷構(gòu)件的往復(fù)旋轉(zhuǎn)的視圖；
[0055]圖22是顯示根據(jù)另一實(shí)施方式的磁冷卻裝置的視圖；
[0056]圖23是沿圖22的線Ι-Γ截取的視圖；
[0057]圖24是沿圖22的線ΙΙ-ΙΓ截取的視圖，顯示了第一通道轉(zhuǎn)換閥的通道轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；
[0058]圖25是沿圖22的線ΙΙΙ-ΙΙΓ截取的視圖，顯示了第二通道轉(zhuǎn)換閥的通道轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；
[0059]圖26是沿圖22的線IV-1V’截取的視圖，顯示了第二通道轉(zhuǎn)換閥的通道轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；以及
[0060]圖27和28是顯示流入根據(jù)實(shí)施方式的磁冷卻裝置中的熱傳遞流體的流動(dòng)的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061]現(xiàn)在將更詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施方式，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。
[0062]在本說明書中描述的實(shí)施方式以及在附圖中顯示的結(jié)構(gòu)僅是所公開的發(fā)明的優(yōu)選示例，應(yīng)該理解的是，在提交本申請(qǐng)時(shí)，存在代替本說明書和附圖的實(shí)施方式的各種變形。
[0063]圖1a和Ib是示意性地顯示根據(jù)實(shí)施方式的磁冷卻裝置的視圖，圖2是根據(jù)實(shí)施方式的磁性熱交換器的控制方框圖示，圖3是示出根據(jù)實(shí)施方式的磁性熱交換器的熱交換循環(huán)的視圖，圖4是顯示根據(jù)實(shí)施方式的磁蓄冷器驅(qū)動(dòng)器件中包括的驅(qū)動(dòng)單元的示例的視圖，圖5是示出圖4中顯示的驅(qū)動(dòng)單元的操作的視圖。
[0064]參考圖1和圖2，磁冷卻裝置I包括引導(dǎo)熱傳遞流體的傳輸管11、設(shè)置在傳輸管11上以進(jìn)行高溫單元H和熱傳遞流體之間的熱交換的高溫側(cè)熱交換器13、設(shè)置在傳輸管21上以進(jìn)行低溫單元L和熱傳遞流體之間的熱交換的低溫側(cè)熱交換器23、設(shè)置在傳輸管11處以循環(huán)其中的熱傳遞流體的栗15、設(shè)置在傳輸管21處以循環(huán)其中的熱傳遞流體的栗25、以及與熱傳遞流體交換熱的磁性熱交換器100。
[0065]熱傳遞流體可以是可流入傳輸管11的流體。熱傳遞流體從低溫單元L吸收熱能并且將所吸收的熱能傳遞到磁性熱交換器100。此外，熱傳遞流體從磁性熱交換器100吸收熱能，并且將所吸收的熱能傳遞到高溫單元H。水、酒精、防凍液諸如乙二醇、氦氣或其混合物可以被用作熱傳遞流體。
[0066]高溫側(cè)熱交換器13設(shè)置在高溫單元H中，使得熱傳遞流體發(fā)送熱能到高溫單元H。低溫側(cè)熱交換器23設(shè)置在低溫單元L中，使得熱傳遞流體從低溫單元L吸收熱能。高溫側(cè)熱交換器13和低溫側(cè)熱交換器23可以包括熱交換鰭(未示出)以提高熱交換效率。
[0067]栗15使傳輸管11中的熱傳遞流體循環(huán)。在圖1中，栗15使傳輸管11中的熱傳遞流體在逆時(shí)針方向上循環(huán)。然而，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。例如，栗15可以使傳輸管11中的熱傳遞流體在順時(shí)針方向上循環(huán)。
[0068]磁性熱交換器100包括產(chǎn)生磁場B的磁場產(chǎn)生構(gòu)件(未示出)、在進(jìn)入或離開磁場B的同時(shí)與熱傳遞流體交換熱的磁蓄冷構(gòu)件200、轉(zhuǎn)換熱傳遞流體的流動(dòng)方向的通道轉(zhuǎn)換構(gòu)件150、檢測(cè)磁蓄冷構(gòu)件200的位置的位置檢測(cè)單元110、將驅(qū)動(dòng)電流供給到磁蓄冷構(gòu)件200的驅(qū)動(dòng)單元130、以及基于位置檢測(cè)單元110的檢測(cè)結(jié)果控制驅(qū)動(dòng)單元130的控制器120。
[0069]磁蓄冷構(gòu)件200包括在進(jìn)入或離開磁場B的同時(shí)與熱傳遞流體交換熱的磁蓄冷器210以及利用與磁場B的交互作用移動(dòng)磁蓄冷構(gòu)件200的線圈220。
[0070]通孔(未示出)形成在磁蓄冷器210中。通孔(未示出)用磁熱材料填充。磁熱材料可以是在磁場B內(nèi)被磁化并且在磁場B外被去磁的磁性材料。具體地，磁熱材料表現(xiàn)出在磁化時(shí)發(fā)熱并且在去磁時(shí)吸熱的