[發明專利]磁熱式熱發生器及其冷卻方法

有效

• 申請號: 201480071151.4
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN105849479B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: C·穆勒
• 申請（專利權）人: 制冷技術應用公司
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 周博俊

技術領域

本發明涉及一種磁熱式熱發生器，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 往復交替運動流通，所述磁熱部件經受磁系統的變化的磁場，所述磁 系統在各磁熱部件內交替地產生加熱磁階段和冷卻磁階段，在本發生 器中，初級回路包含冷側和熱側，磁熱部件在所述冷側和熱側彼此流 體地連接。

本發明還涉及一種通過磁熱式熱發生器冷卻稱作次級流體的流體 的冷卻方法。

背景技術

自從三十多年前以來，已知在環境溫度進行磁冷的技術，并且知 道該技術在環境保護以及可持續發展方面帶來的優點。同樣已知該技 術關于其有效熱功率及其效率的局限性。從那時起，本領域內所進行 的研究全部傾向于通過調整不同參數來改善此種發生器的性能，所述 不同參數諸如磁化功率、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。

這些熱發生器利用一些材料的磁熱效應(EMC)，磁熱效應包括 當所述材料經受變化的磁場時其溫度的變化。在此種發生器中，磁熱 材料經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 的熱交換被實現從而因此收集由所述材料產生的熱能量并且在這些材 料內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 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。該循環被重復直到數赫茲的頻率。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 料的熵變化相對應的磁熱效應，在材料的溫度最接近其居里溫度時是 最大的。

然而，磁熱式熱發生器必須能夠使其產生的熱能量與至少一個外 部應用交換。此交換一般由一個或多個熱交換器實現，熱交換器的目 的為釋放或與所述磁熱式熱發生器外部的一個或多個應用交換由所述 熱發生器產生的熱能量。這些外部應用例如可以是環境空氣、熱發生 器、熱設備或熱殼。

在傳統配置中，磁熱式熱發生器的磁熱部件在熱側通過熱交換器 彼此相連接，并且以對稱的方式，磁熱部件在冷側同樣通過熱交換器 彼此相連接。然而，經驗表明，此種配置有局限性。

該局限性尤其是利用熱發生器的冷側時的情況。實現與具有相對 于初級流體溫度的大溫度偏差的次級回路或應用的熱交換的事實，其 具有顯著加熱發生器的冷側并且降低其熱效率的結果。換句話說，在 發生器中建立的熱梯度被降級，使得由磁熱效應產生的功率的一部分 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 多個外部應用所利用或使用。

同地樣，當利用磁熱式熱發生器的熱側時，存在冷卻發生器的熱 側以及降低其熱效率的風險。

為了以最優方式利用熱發生器的功率，因此需要優化初級回路及 次級回路之間的熱交換的特征。

發明內容

本發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， 實現根據本發明的磁熱式熱發生器使得：在熱發生器和待冷凍、冷卻 或加熱的一個或多個外部應用之間的熱能量傳遞被優化，以便對建立 在磁熱式熱發生器中的熱梯度以及對其熱功率產生盡可能小的影響。 本發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冷卻 的磁熱式熱發生器。

為此，本發明提出開始部分指出的類型的磁熱式熱發生器，其特 征在于，初級回路的所述熱側和冷側中的至少一側包含至少一個輸出 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。

在優選的實施方式中，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可以彼此流體連接。

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。

根據本發明，分流管可以通過至少一個熱交換區熱連接到次級回 路。

此外，所述熱交換區可以被設計用于實現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。

該分流管可以有利地包括調整該分流管中流通的初級流體的流量 的調整設備。

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中。 在此模式中，該注入點可以位于初級回路的熱側中。