CN101523132A - 旋转式蓄冷器和使用该蓄冷器的磁制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用旋转式磁部件和主动式磁蓄冷器的蓄冷器，以及一种使用该蓄冷器磁制冷机。

Description

旋转式蓄冷器和使用该蓄冷器的磁制冷机

技术领域

本发明涉及一种使用旋转式磁体部件和主动式磁蓄冷器(以下简称“AMR”)的蓄冷器，和一种使用该蓄冷器的磁制冷机。

背景技术

美国专利号6,826,915公开了一种常规的的主动式磁蓄冷器。如附图1所示，(a)当磁体向右移动时，其上被施加有磁场的磁制冷材料的温度从虚线增加到实线。(b)磁制冷材料的温度随着冷侧传热流体移动到热侧而从虚线降低到实线，并且该传热流体被逐渐地加热以在右侧出口处变热，从而通过与热侧进行热交换释放热量。(c)当磁体向左侧移动时，磁场已消除的磁制冷材料的温度从虚线进一步下降至实线。(d)由于传热流体从热侧移动至冷侧，磁制冷材料被从虚线的温度加热至实线的温度，并且传热流体被相对冷却以在左出口处变冷，从而从冷侧吸收热量以冷却冷侧。

如附图2和3所示，根据包括上述循环的常规的主动式磁蓄冷器，在磁场中第一AMR床10A中被加热的传热流体的温度通过热侧热交换器70降低至大气温度，然后传热流体通过第二AMR床10B。同时，因为第二AMR床10B位于磁场外部，磁制冷材料层16具有低温，所以，在通过磁制冷材料层16的同时传热流体的温度降低。具有低温的传热流体通过冷侧热交换器60，然后进入第一AMR床10A被加热。传热流体然后进入热侧热交换器70，第二AMR床10B和冷侧热交换器60，从而完成一个循环。反之，当第二AMR床10B通过移动装置24移动至磁回路22时，通道开关30逆转传热流体的流向以产生逆循环。

另一方面，如附图3所示，AMR床10包括滚筒式容器12、存储在容器12内部的多个磁制冷材料层16、和网14。容器12包括传热流体入口/出口18a和18b，其可以与换热管32或34连接。

发明公开

技术问题

然而，入口/出口18a和18b被安装在容器12的中心部分。因此，传热流体不流过容器12的整个截面，其致使传热流体在相同点流过磁制冷材料16，因此致使很难得到平稳的热交换。

技术方案

本发明的一个目的是提供一种蓄冷器和使用该蓄冷器的磁制冷机，其中，传热流体分散且流过整个磁制冷材料，以获得较好的热交换特性。

为实现上述目的，提供一种旋转式蓄冷器，包括：具有用于传热流体流动通过的磁热材料的第一AMR和第二AMR；磁体；以及磁体转子组件，用于通过将磁体配置在第一AMR或第二AMR施加或消除磁场，其中第一AMR和第二AMR每个都包括设置在填充磁热材料的通孔的纵向方向的AMR床，冷侧和热侧AMR管口连接AMR床，且连接到该通孔，其中，一个AMR管口包括分配室，该分配室用于均匀地分配传热流体至通孔的全部截面。

还提供一种磁制冷机，包括：具有用于传热流体流动通过的磁热材料的第一AMR和第二AMR；磁体；和磁体转子组件，用于通过将磁体配置在第一AMR或第二AMR施加或消除磁场；和与第一AMR和第二AMR热连接的冷侧和热侧换热器；其中，第一AMR和第二AMR都具有AMR床，该AMR床设置在填充有磁热材料的通孔的纵向方向，以及冷侧和热侧AMR管口与AMR床连接，且连接到该通孔，其中一个AMR管口包括分配室，该分配室用于均匀地分配传热流体至通孔的全部截面。

优选的，该磁体转子组件包括主体，用于支撑配置在第一AMR或第二AMR上侧和下侧的磁体，用于支撑主体的转板，以及旋转动力传递部件，用于向转板传递旋转动力，其中每个第一AMR和第二AMR被支撑在垂直于垂直的塔架的水平方向。

优选的，分配室连接到AMR管口的第一端部，以及入口/出口形成在其第二端部，其中该AMR管口的入口/出口是直角，从而该入口/出口与第一AMR和第二AMR在相同平面，因此通过防止磁体旋转的相互影响减少了旋转半径。

此外，当AMR包括塑料时，通过绝热的状态可以获得宽的温度梯度。

此外，当在AMR床和AMR管口之间设置网和密封件时，可以防止磁热材料和传热流体的泄漏。

此外，当该通孔包括被肋间隔分隔的上部通孔和下部通孔时，可以避免由于传热流体压力产生的AMR的变形。

有益效果

如上所述，根据本发明的蓄冷器和使用该蓄冷器的磁制冷机具有下面优点。

第一个优点，因为该磁制冷机包括与AMR床的磁热材料的截面尺寸差不多相等的分配室，所以传热流体均匀流过磁热材料，抑制了分流形成的波动，从而提高了热交换效率。

第二个优点，通过使用旋转的AMR循环操作提高了热交换效率。

第三个优点，通过使用传热流体始终通过磁热材料的结构提高热交换效率。

第四个优点，通过使用网和塑料密封防止了传热流体和磁热材料的泄漏。

第五个优点，通过使用四个AMR使得热交换效率加倍。

第六个优点，通过使用塑料AMR和防止磁热材料暴露在外面，实现了绝热状态，改善了热交换效率。

第七个优点，因为AMR床的通孔具有通过肋间隔分隔的上部和下部通孔，防止了由于传热流体压力产生的AMR变形。即使发生变形，由于该分配室的结构，传热流体也不能绕过磁热材料，从而得到高的换热效率。

第八个优点，因为AMR管口的入口/出口是直角，与AMR在同一平面，因此由于用于将传热流体流入磁热材料的喷嘴(nipple)的尺寸大于磁体之间的距离而导致的磁体部件旋转发生的干涉可以避免，在小空间内实现旋转半径最小化。

附图的简要说明

附图1是常规的主动式磁制冷机的示意图。

附图2是示意图，示出了常规的主动式磁制冷机的结构。

附图3是截面图，示出了附图2的常规的主动式磁制冷机的AMR床。

附图4是透视图，示意性地示出了根据本发明一个优选实施例的旋转式蓄冷器。

附图5是分解透视图，示出了附图4的AMR的主要部分。

附图6-14示出了磁制冷机的循环。

附图标记说明

40，140：泵

60，160：冷侧换热器

70，170：热侧换热器

100：蓄冷器

110(110A，110B)：AMR

111：AMR床

114：通孔

115：安装凹槽

120L：冷侧AMR管口连接器

120H：热侧AMR管口连接器

121L：冷侧入口

121H：热侧入口

123L：冷侧分配室

123H：热侧分配室

150：塔架

210：磁体构件

211：磁体

213：主体

230：转板

M：网

R：肋间隔

S：密封件

SOLI-SOL4：电磁阀

本发明最优实施例

下面参照附图详细描述本发明的上述目的及其他目的和特征以及本发明的优点。

附图4是透视图，示意性的示出了根据本发明的一个优选实施例的旋转式蓄冷器，附图5是分解透视图，示出了附图4的AMR的主要部分，附图6-14示出了磁制冷机的循环。

如附图4-14所示，根据本发明优选方案的磁制冷机，包括蓄冷器100、冷侧热交换器160、和与蓄冷器100热连接的热侧热交换器170。冷侧热交换器160进行冷却时，热侧热交换器170进行散热。

如附图4和5所示，蓄冷器100包括AMR 110、磁体部件210、和用于对AMR 110施加或消除磁场的磁体转子组件。

AMR 110包括第一AMR 110A和第二AMR 110B。如附图5所示，每个AMR 110都包括具有用于传热流体流动通过的磁热材料、冷侧AMR管口(nozzle)连接器120L和连接在AMR床111两侧的热侧AMR管口连接器120L。

将填满磁热材料的通孔114沿纵向设置在AMR床111内。此外，冷侧AMR管口连接器120L和热侧AMR管口连接器120L连接通孔114。

此外，冷侧入口121L和冷侧分配室123L设置在冷侧AMR管口连接器120L的每个端部，且热侧入口121H和热侧分配室123H设置在热侧AMR管口连接器120H的每个端部。分配室123L和123H作为分配室用于均匀分配穿过通孔114的流动通道的整个截面。因此，由于传热流体在冷侧入口121L或热侧入口121H处具有足够的速度以在分配室123L和123H中扩散，使得与磁热材料部分接触和波形(corrugated shape)最小化从而提高了热交换效率，因此流动通过整个通孔114。此外，冷侧入口121L和热侧入口121H连接到换热管132和134。

多个第一AMR 110A安装在相对位置，多个第二AMR 110B安装在第一AMR 110A之间，即交叉结构。

由于该交叉结构，当AMR床111A在磁体211中时，AMR床111B位于磁体211之外。在AMR床111A和AMR床111之间存在间隔的原因是，当AMR床111在磁场之外时，传热流体不会流动。也就是说，当AMR床111A被加热时，AMR床111B被冷却。

由于上述的AMR 110结构，传热流体始终通过磁热材料，从而提高了热交换效率。

此外，优选的，AMR床111A和111B或者整个AMR床111包括塑料。塑料具有大的绝热的效果和宽的温度梯度(slope)。

另一方面，通孔114包括由肋间隔R分隔的一个上部通孔UP和一个下部通孔LP。该肋间隔R作为一个肋功能，能够防止由于压力引起的AMR床111的变形。

优选的，网M和塑料密封S安装在通孔114的安装凹槽115中，以避免磁热材料和传热流体的泄漏。

冷侧热交换器160和热侧热交换器170通过换热管132，133，134，135和136与AMR 110热耦合连接。传热流体的流动由泵140驱动。此外，传热流体方向的改变由电磁阀SOL1至SOL4实现。此外，在泵140的入口和出口之间连接旁通管137。

磁体构件210包括磁体211和用于支撑磁体211的主体213。

磁体转子组件包括一个用于支撑磁体构件210的转板230，以及用于将旋转动力传递给转板230的旋转动力传递部件(未示出)。旋转动力传递部件可以由不同组分构成，例如齿轮，传送带和马达。

优选的，AMR床111被支撑在垂直于垂直的塔架150的水平方向，因此AMR床111可以在磁体211之间移动。

优选的是，冷侧AMR管口连接器120L和热侧AMR管口连接器120L的冷侧入口121L和热侧入口121H，与垂直的塔架150呈直角，从而该冷侧入口121L和热侧入口121H与AMR床111在同一平面上。这避免由于用于将传热流体流通进入磁热材料的喷嘴尺寸大于磁体之间的尺寸，而产生的磁体部件的旋转的干涉。此外，当旋转半径最小化时，该磁体构件210可以用于小的间隔。

下面参考附图6-14描述，根据本发明的优选方案的磁制冷机的循环运行。需要注意，附图6-14所示的电磁阀，当关闭时表示为弯头形(elbow type)，当打开时表示为直线形。

附图6示出了一种状态，其中两个磁体部件210正处于在第一AMR 110A和第二AMR 110B之间的间隔处。优选的磁体部件210之间具有180度的夹角。在附图1中，因为传热流体不流入第一AMR 110A和第二AMR 110B，电磁阀SOL1-SOL4关闭，以及传热流体旁通通过连接于旁通管137的电磁阀SOL3和电磁阀SOL4。

如图7和8所示，当多个第一AMRs 110A位于磁体211中时，多个第二AMRs110B完全位于磁体211之外。因此，具有通过热侧热交换器170的大气温度(atmospheric temperature)的传热流体，通过换热管132后在第二AMR 110B中被冷却，通过相对的第二AMR 110B，传热流体被附加冷却，因此形成双重冷却效应。通过冷侧热交换器160，由于被第一AMR 110A第一次加热，且通过相对的第一AMR 110A被第二次加热，该被双重冷却的传热流体的温度变成大气温度(事实上，到达一个比大气温度低一点的温度)。通过相对第一AMR 110A的传热流体受到双重冷却，通过换热管134和换热管135流向泵140。传热流体通过泵140和热侧热交换器170变回大气温度(事实上，到达一个比大气温度高一点的温度)。然后，传热流体进入AMR 110B。上述描述过程形成一个单循环。附图8示出了一种状态，该状态在多个AMRs 110A完全位于磁体211之后，多个AMRs 110A移动离开磁体211之前，传热流体按照上述方向流动。此时，电磁阀SOL2关闭，且电磁阀SOL1，SOL3和SOL4打开，其中AMR 110A的冷侧入口121AL和热侧入口121AH用于冷侧入口和热侧出口，AMR 110B的热侧入口121BH和冷侧入口121BL用作热侧出口和冷侧入口。

如附图9和10所示，当从多个AMR 110A开始运动以离开磁体211的时刻开始，传热流体不流向AMR 110，但是绕过。

如图11和12所示，与附图7和8所示相反的循环，多个AMRs 110B位于磁体211之中，多个AMRs 110A完全位于磁体211之外。因此，具有通过热侧热交换器170的大气温度的传热流体，经过换热管134通过相对的AMR110A和AMR 110A受到双重冷却，通过冷侧热交换器160，通过相对的AMR110B和AMR 110B被双重加热，然后通过换热管132和换热管133流入泵140，传热流体的温度变成大气温度(事实上，到达一个比大气温度低一点的温度)。传热流体通过泵140和热侧热交换器170变回大气温度(事实上，到达一个比大气温度高一点的温度)，后通过换热管134进入多个AMR 110A。上述描述过程形成一个单循环。此时，电磁阀SOL1关闭，且电磁阀SOL2，SOL3和SOL4打开，其中AMR 110A的冷侧出口121AL和热侧出口121AH用作冷侧出口和热侧入口，AMR 110B的热侧入口121BH和冷侧入口121BL用作热侧入口和冷侧出口。

如附图13和14所示，从当多个AMR 110B开始运动以离开磁体211的时刻开始，传热流体不流向AMR 110，但是绕过。

附图6-14的九个步骤示意了一半的总旋转循环，如附图6-14所示的半循环被重复，直到磁体部件210回到起始位置以完成总的旋转循环。

根据本发明的优选方案的磁制冷机的循环的一个优点是，通过使用传热流体直接地通过磁热材料、四个AMRs 110连接更多的磁热材料从而产生双倍冷却效应的结构使得热交换效率得到提高。此外，AMR包括肋间隔，其防止了由于传热流体压力引起的AMR床的变形。即使发生变形，由于分配室的结构，传热流体也不能绕过磁热材料，从而得到高的换热效率。此外，因为AMR 110具有一种简单的的平板形状，AMR 110可以提供高效率且可以在塑料中简单模制。

此外，因为根据本发明的优选方案的磁制冷机，使用旋转的AMR循环操作，由于低温和高温的温度梯度形成高的冷却效应。如上所述，通过两个AMRs传热流体被双重冷却，通过两个AMRs被双重加热，从而提供了两倍的冷却效率。

此外，根据该循环的一种基本特性，当AMR进入磁体时，传热流体从冷侧流入热侧，当AMR移出磁体时，传热流体不流入AMR。当AMR移出磁体时，传热流体从热侧进入冷侧被冷却。

此外，因为热侧热交换器设置在泵的出口，热侧热交换器将通过泵加热的传热流体在进入AMR之前冷却至大气温度。

此外，磁热材料具有一个特征，当施加磁场时，其温度改变。磁热材料112包括细粉末状的钆(Gd)。钆具有孔隙，对传热流体的流动具有高的渗透性，以及对热量具有较好的吸热和散热性能。

已经介绍了本发明和其优选实施例，可知，在不脱离附加权利要求限定的本发明的精神和范围内，本领域技术人员可进行不同形式和细节的改变。

工业实用性

根据本发明，提供蓄冷器和使用该蓄冷器的磁制冷机，其中，传热流体分散和流过整个磁制冷材料以获得优良的热交换特性。

Claims (11)

1.一种旋转式蓄冷器，包括：

包括用于传热流体流动通过的磁热材料的第一AMR和第二AMR；

磁体；以及

磁体转子组件，其用于通过将磁体设置在所述第一AMR或所述第二AMR对磁热材料施加或消除磁场，

其中，所述第一AMR和所述第二AMR都包括设置在填充磁热材料的通孔的纵向方向的AMR床、与所述AMR床连接并连接到所述通孔的冷侧和热侧AMR管口，其中至少一个所述AMR管口包括分配室，该分配室用于均匀地分配传热流体至所述通孔的全部截面。

2.如权利要求1所述的旋转式蓄冷器，其中，所述磁体转子组件包括用于支撑配置在所述第一AMR或所述第二AMR上侧或下侧的磁体的主体、用于支撑所述主体的转板，以及向所述转板传递旋转动力的旋转动力传递部件，其中，所述第一AMR和所述第二AMR的每一个被支撑在垂直于垂直塔架的水平方向。

3.如权利要求2所述的旋转式蓄冷器，其中，所述分配室连接到所述AMR管口的第一端部，在其第二端部形成入口/出口，其中所述AMR管口的所述入口/出口是直角，从而所述入口/出口与所述第一AMR和所述第二AMR在同一平面上。

4.根据权利要求1-3任一所述的旋转式蓄冷器，其中，所述第一AMR和所述第二AMR分别包括塑料。

5.如权利要求4所述的旋转式蓄冷器，其中，所述通孔包括由肋间隔分隔的上部通孔和下部通孔。

6.如权利要求5所述的旋转式蓄冷器，其中，在所述AMR床和所述AMR管口之间设置网和密封件。

7.一种磁制冷机，包括：

包括用于传热流体流动通过的磁热材料的第一AMR和第二AMR；

磁体；

磁体转子组件，其用于通过将磁体设置在所述第一AMR或所述第二AMR对磁热材料施加或消除磁场；以及

与第一AMR和第二AMR热连接的冷侧和热侧换热器，

其中，所述第一AMR和所述第二AMR都包括设置在填充磁热材料的通孔的纵向方向的AMR床、和与AMR床连接并连接到该通孔的冷侧和热侧AMR管口，其中一个所述AMR管口包括分配室，该分配室用于均匀地分配传热流体至通孔的全部截面。

8.根据权利要求7所述的磁制冷机，其中，所述磁体转子组件包括用于支撑配置在所述第一AMR或所述第二AMR上侧和下侧的磁体的主体、用于支撑所述主体的转板、以及用于向所述转板传递旋转动力的旋转动力传递部件，其中，所述第一AMR和所述第二AMR的每一个被支撑在垂直于垂直塔架的水平方向。

9.根据权利要求8所述的磁制冷机，其中，所述分配室连接到AMR管口的第一端部，入口/出口形成在其第二端部，其中所述AMR管口的所述入口/出口是直角，从而所述入口/出口与所述第一AMR和所述第二AMR在同一平面上。

10.如权利要求7-9任一所述的磁制冷机，其中，所述第一AMR和所述第二AMR分别包括塑料，其中在所述AMR床和所述AMR管口之间设置网和密封件。

11.根据权利要求10所述的磁制冷机，其中，所述通孔包括由肋间隔分隔的上部通孔和下部通孔。

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