CN102759216B - 磁热泵系统 - Google Patents
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Abstract
在一种磁热泵系统(30)中，其中热传输介质(42)由容纳在磁热泵装置(30A)中的磁热效应材料(26)加热或冷却。具有高于热传输介质(42)的导热系数的导热系数的材料(40)，或具有高于热传输介质(42)的比热或容积比热的比热或容积比热的材料(40)混合在热传输介质(42)中。从而增加热传输介质(42)的导热系数，以增强磁热泵系统(30)的加热和/或冷却性能。
Description
技术领域
本公开内容涉及磁热泵系统和具有该磁热泵系统的空气调节设备。
背景技术
根据本公开的内容，热传输介质用在磁热泵系统中，其中诸如具有比热传输介质的导热系数高的导热系数的材料或具有比热传输介质的比热或容积比热高的比热或容积比热的材料混合在热传输介质中。采用这种热传输介质，提供了磁热泵系统和具有该磁热泵系统的空气调节设备，据此增加冷却能力以及加热能力。
磁热泵系统在本领域是已知的，例如，如在日本专利No.4387892中披露的，作为车辆的空气调节设备的热泵系统，例如，用于机动车辆或铁路车辆的空气调节设备。在磁热泵系统中，使用某种磁性材料(其在上述日本专利中称为“磁性工作材料”，但在本公开内容中称为“磁热效应材料”)。当磁场施加至磁热效应材料时，在磁热效应材料中产生热量，同时当去除磁场时，其温度降低(这种现象称为“磁热效应”)。
当与气体热泵系统进行比较时，由于含氯氟烃或含氯氟烃的替代物不用于磁热泵系统，因此它是环境友好的。此外，由于磁热泵系统不需要对采用压缩机的气体热泵系统来说必要的压缩冲程和膨胀冲程，因此能量效率高。对磁热泵系统来说必要的部件是：(i)用于移动热传输介质使得它通过磁热效应材料以与其执行热交换的泵，以及(ii)用于改变将要施加至磁热效应材料的磁场的磁场改变装置。
在常规磁热泵系统中或在具有磁热泵系统的常规空气调节设备中，水或防冻液(LLC：长使用寿命冷却液)用作热传输介质，其通过磁热效应材料，以便在热传输介质和磁热效应材料之间执行热交换。水或防冻液通常用作热传输介质，但热交换性能不高。
因此，在增加使用水或防冻液的磁热泵系统的冷却性能的情况中，需要使磁热泵系统的尺寸变大。那么，不利的是，磁热泵系统的重量将增加。
发明内容
考虑到上述几点做出了本公开内容。本公开内容的目标是提供一种磁热泵系统和/或具有该磁热泵系统的空气调节设备，据此使用具有高导热系数的热传输介质，以便可以在热传输介质和磁热效应材料之间有效地执行热交换。结果，可以在不使磁热泵系统变大的情况下增强冷却性能。
根据本公开内容的特征(例如，如在随附权利要求1中限定)，一种磁热泵系统具有：
磁热泵装置(30A)；
散热装置(5)，用于散发从磁热泵装置(30A)的一端排出的热传输介质(42)的热量到散热装置(5)的外面；和
吸热装置(2)，用于将来自吸热装置(2)外面的热量吸入到从磁热泵装置(30A)的另一端排出的热传输介质(42)中。
磁热泵装置(30A)具有：
容器(25)，磁热效应材料(26)容纳在容器中，并且热传输介质(42)通过容器；
磁场改变装置(22，23)，用于改变施加到磁热效应材料(26)的磁场的强度；和
工作流体移动装置(13)，用于以往复运动方式在容器(25)中移动热传输介质(42)，以便通过容器(25)的一端将热传输介质(42)吸入容器中并通过容器(25)的另一端将热传输介质(42)从容器中排出，反之亦然。
并且，在上述磁热泵系统中，下述第一材料和第二材料中的一种混合在热传输介质(42)中：
具有高于热传输介质(42)的导热系数的导热系数的第一材料(40)，和
具有高于热传输介质(42)的比热或容积比热的比热或容积比热的第二材料(40)。
根据上述特征，导热系数增加，从而可以有效地(以高速)执行磁热效应材料和热传输介质之间的热交换。
附图说明
根据接下来参照附图进行的描述，本公开内容的上述和其他目标、特征和优点将变得明显。在附图中：
图1为示出用于车辆的具有根据本公开内容的第一实施例的磁热泵系统的空气调节设备的整体结构的示意图；
图2A为示出图1中示出的磁热泵装置的详细结构的示意性剖视图；
图2B为示出用于图1中示出的磁热泵装置的结构的另一个示例的示意性剖视图；
图3A为沿着图2A或2B中的IIIA-IIIA线截取的示意性剖视图；
图3B为用于容纳磁热效应材料的容器的示意性透视图；
图3C为示出具有永磁体的转子的示意性透视图；
图4A为示出热传输介质的导热系数高的情况的视图；
图4B为示出热传输介质的导热系数低的情况的视图；
图4C为示出其中热传输介质被搅拌的情况的视图；
图4D为示出一种情况的视图，其中微量的磁性材料混合在热传输介质中并且这种热传输介质被搅拌；
图5A为示出用于根据本公开内容的第二实施例的容器的搅拌装置的示意性透视图和分解图；
图5B为示出其中结合图5A的搅拌装置的磁热泵装置的示意性剖视图；
图5C为沿着图5B中的VC-VC线截取的示意性剖视图；
图6A、6B、6C、6D、6E和6F为示意图，每个示意图示出转子处于其各个旋转位置的情况，用于说明搅拌杆的旋转操作；
图7为示出根据本公开内容的第三实施例的搅拌装置(搅拌结构)的示意图，用于说明搅拌装置的结构；
图8A为搅拌装置(搅拌结构)的示意性透视图；
图8B为搅拌装置的示意性前视图；
图8C为示出通过容器的热传输介质的运动的示意图；
图9A为示出根据第三实施例的第一变形的容器的示意性前视图；
图9B为示出通过9A的容器的热传输介质的运动的示意图；
图9C为示出根据第三实施例的第二变形的容器的示意性前视图；
图9D为示出通过9C的容器的热传输介质的运动的示意图；
图10A为示出根据第三实施例的第三变形的容器的示意性透视图；以及
图10B为示出根据第三实施例的第四变形的容器的示意性顶部平面图。
具体实施方式
将参照附图通过多个实施例说明本公开内容。相同的附图标记在整个实施例中用于指定相同或相似部件和/或元件。
(第一实施例)
图1示出用于车辆的空气调节设备10的结构，根据本实施例的磁热泵系统30应用于该空气调节设备10。空气调节设备10的一些元件安装在车辆的乘客厢侧中。冷却装置2(吸热装置)设置在设备10的主体壳体1中。冷空气通道3和热空气通道4在冷却装置2的下游侧形成在壳体1中，其中加热装置5(散热装置)和加热芯体6设置在热空气通道4中，用于将来自热传输介质的热量散发到其外面。空气混合门7设置在冷空气通道3和热空气通道4的上游端，以控制已经通过冷却装置2的冷空气的流动。结果，冷空气被控制为流过冷空气通道3或热空气通道4。
磁热泵系统30的磁热泵装置30A设置在车辆的发动机室中，磁热泵装置30A由冷水产生部11、热水产生部12和循环泵13(用于移动热传输介质的工作流体移动装置)构成。磁热泵装置30A经由旋转轴21由马达20操作。如下所述，循环泵13以往复运动方式移动热传输介质。下文将说明磁热泵装置30A的更详细的内部结构。
冷水产生部11通过磁作用冷却热传输介质。由冷水产生部11冷却的热传输介质由循环(往复)泵13排放到冷水循环管15(第一循环管)中，并供给至冷却装置2。热传输介质随后返回至冷水产生部11。
热水产生部12通过磁作用加热热传输介质。由热水产生部12加热的热传输介质由循环泵13排放到热水循环管16(第二循环管)中，并供给至加热装置5。热传输介质随后返回热水产生部12。
根据该空气调节设备10，已经冷却内燃机8的发动机冷却水经由热水回路9供给至设置在热空气通道4中的加热芯体6，以便通过热空气通道4的空气不仅由加热装置5加热，而且由加热芯体6加热。
将描述冷水循环通道15的结构以及热水循环通道16的结构。冷水产生部11具有多个汽缸，分支管15A连接到每个汽缸。多个分支管15A在供给管15B处聚集，以便将热传输介质供给至冷却装置2。从冷却装置2排放的热传输介质经由回流管15C流至冷水产生部11，并最终经由各个分支管15D供给(分配)到各个汽缸中，每个分支管15D连接至对应的汽缸。
旁路管17A(第一旁路通道)设置在供给管15B和回流管15C之间，以便流体通道(用于热传输介质)旁通冷却装置2。旁路管17A的一端直接连接至回流管15C，而旁路管17A的另一端经由第一开关阀17连接至供给管15B。
在空气调节设备10的加热操作中，供给管15B中的热传输介质至冷却装置2的流动由第一开关阀17阻止，以便热传输介质经由旁路管17A返回冷水产生部11。此外，第三开关阀19在分支管150的上游侧设置在回流管15C中。旁路管19A(第三旁路通道)连接至第三开关阀19，以便热传输介质可以经由室外装置14返回分支管15D。
因此，在加热操作中，回流管15C中的热传输介质经由第三开关阀19流入旁路管19A，以在室外装置14中吸收来自外部空气的热量。随后，热传输介质再次流入回流管15C并流向分支管15D，以便热传输介质最终返回冷水产生部11。
以类似于冷水产生部11的方式，热水产生部12具有用于加热热传输介质以产生热水的多个汽缸。多个分支管16A的每一端分别连接至每个汽缸，而分支管16A的另一端在供给管16B处聚集，以便将热传输介质供给至加热装置5。从加热装置5排放的热传输介质经由回流管16C流至热水产生部12，并经由各个分支管16D最终供给(分配)到各个汽缸中，每个分支管160连接至对应的汽缸。
此外，第二开关阀18在分支管16D的上游侧设置在回流管16C中。旁路管18A(第二旁路通道)连接至第二开关阀18，以便热传输介质可以经由室外装置14返回至分支管16D。
因此，回流管16C中的热传输介质根据第二开关阀1 8的阀位置经由第二开关阀18流入旁路管18A，以在室外装置14中吸收外部空气的热量。随后，热传输介质再次流入回流管16C并流至分支管16D，以便热传输介质最终返回热水产生部12。
将参照图2A、2B和3A-3C说明磁热泵装置30A(冷水产生部11、热水产生部12和循环泵13)的内部结构。图2A示出磁热泵装置30A的示例，其中径向活塞型泵用作循环泵13，而图2B示出磁热泵装置30A的另一个示例，其中斜盘型压缩机用作循环泵13。
设置在循环泵13两侧的冷水产生部11的内部结构和热水产生部12的内部结构彼此相同。因此，将相同的附图标记给予相同的部件和/或部分。将说明当径向活塞型泵用作循环泵13时作为代表示例的冷水产生部11的结构。
冷水产生部11具有圆筒形轭铁24，其与旋转轴21同轴地设置。转子22具有一对转子构件，每个转子构件的横截面具有扇形形状，如图3A或3C所示。转子构件关于旋转轴21彼此相对。永磁体23设置在每个扇形形状的转子构件的外周表面处。一个磁体23的外表面被磁化为N极，而另一个磁体23的外表面被磁化为S极。
其中填充磁热效应材料26(具有磁热效应)的多个(6个)容器25设置在磁体23的转动行程的外侧和轭铁24的内侧之间。热传输介质可以通过由磁热效应材料填充的容器25。
用于冷水产生部11的多个容器25共同称为第一容器单元，而用于热水产生部12的多个容器25共同称为第二容器单元。
如图3B所示，每个容器25的横截面具有中空扇形形状，小丸型磁热效应材料26填充在每个容器25的内部空间中。容器25的两个轴向端由网眼端板25M封闭，以便将磁热效应材料26保持在容器25中。工作流体(液体)经由容器25的一个轴向端处的网眼端板25M流入容器25的内部，通过磁热效应材料26之间的空间，并经由容器25的另一个轴向端处的网眼端板25M流出到外面。
根据本实施例，每个具有彼此相同的形状的6个容器25设置在圆筒形轭铁24的内侧。固定至转子22的外周的永磁体23在由容器25的内周面形成的空间中转动。转子22、永磁体23和轭铁24作为改变将施加至容器25中填充的磁热效应材料26的磁场的部分工作(它们共同称为磁场改变装置)。
如图2A所示，循环泵13由径向活塞型泵构成，其中用于泵13的壳体与用于冷水产生部11和热水产生部12的圆筒形轭铁24一体地形成。6个汽缸34(对应于容器25的数量)以关于旋转轴21的径向图案形成在径向活塞型泵13中。往复式活塞33可移动地设置在每个汽缸34中。控制凸轮构件32A形成在旋转轴21中，以由马达20旋转，其中凸轮构件32A与旋转轴21偏心地形成。活塞33的每个轴向内端与控制凸轮构件32A的外轮廓接触。当控制凸轮构件32A旋转一周(360度旋转)时，每个活塞33在对应的汽缸中往复一次。每个汽缸34的位于活塞33的轴向外端处，即位于远离旋转轴21的位置处的侧壁通过对应的连通通道38连接至用于冷水产生部11和热水产生部12的对应容器25的轴向端。
根据图2A示出的本实施例，外侧端板29连接至冷水产生部11位于远离径向活塞泵13的一侧(图中的左手侧)的轴向外端。用于允许热传输介质流入容器25的入口阀28和用于允许热传输介质从容器25流出的出口阀27在与每个容器25的内部空间联通的部分处设置在外侧端板29中。
用于供给管15B的每个分支管15A连接至各个出口阀27，而用于回流管15C的每个分支管15D连接至各个入口阀28。在径向活塞泵13的情况中，永磁体23关于旋转轴21的用于冷水产生部11的旋转位置偏离用于热水产生部12的旋转位置90度。
根据示出磁热泵装置30A的结构的另一种示例的图2B中示出的本实施例，循环泵13由斜盘型压缩机构成，该斜盘型压缩机构成为与冷水产生部11和热水产生部12分离的部件。6个汽缸34(对应于容器25的数量)形成在斜盘型泵13中。往复式活塞33可移动地设置在每个汽缸34中。斜盘32B的连接至将由马达20旋转的旋转构件31的外周部与每个活塞33可操作地接合。斜盘32B在倾斜状态下连接至旋转构件31。当旋转构件31旋转时，每个活塞33在旋转构件31的每一转中由斜盘32B往复一次。
每个汽缸34的一个轴向端(左手端)经由形成在连接管37中的连通通道38分别连接至对应容器25的用于冷水产生部11的轴向端(右手端)。以类似的方式，每个汽缸34的另一个轴向端(右手端)经由形成在连接管37中的连通通道38分别连接至对应容器25的用于热水产生部12的轴向端(左手端)。附图标记36表示齿轮。
返回参照图2A，以类似于冷水产生部11的方式，外侧端板29连接至热水产生部12的位于远离径向活塞泵13的一侧(图中的右手侧)的轴向外端。入口阀28和出口阀27同样在与每个容器25的内部空间连通的部分处设置在外侧端板29中。用于供给管16B的每个分支管16A连接至各个出口阀27，而用于回流管16C的每个分支管16D连接至各个入口阀28。
当径向活塞型泵13的活塞33移动以将热传输介质吸入冷水产生部11的容器25中时，热传输介质也被吸入热水产生部12的容器25(对应于冷水产生部11的容器25)。然而，在斜盘型13的情况中，当热传输介质被吸入冷水产生部11的容器25中，热传输介质被从热水产生部12的容器25(对应于冷水产生部11的容器25)中泵出。
当热传输介质从冷水产生部11的容器25泵出时，将去除已经施加至容器25中的磁热效应材料26的磁场。磁热效应材料26的温度随后降低，从而将要被泵出的热传输介质被冷却。这种冷却的热传输介质被供给到冷水循环管15中。
另一方面，当热传输介质从热水产生部12的容器25中泵出时，磁场施加至该容器25中的磁热效应材料26。随后，在磁热效应材料26中产生热量，从而加热将要被泵出的热传输介质。这种加热的热传输介质被供给到热水循环管16中。永磁体23设置在转子22中以执行上述操作。
根据上述磁热泵系统30和具有这种热泵系统30的空气调节设备10，具有比热传输介质的导热系数高的导热系数的材料混合在热传输介质中。具有比热传输介质的导热系数高的导热系数的材料包括，例如，碳纳米管、石墨烯(grapheme)、氧化铝、金粒子等等。当具有较高导热系数的材料混合在热传输介质中时，热传输介质的导热系数增加。因此，当热传输介质通过容器25时，在热传输介质和磁热效应材料26之间有效地进行热交换。从而可以在短的时间周期内加热或冷却热传输介质。
结果，在不需要进一步冷却或加热热传输介质的情况中(当与采用未混合具有较高导热系数的材料的热传输介质操作磁热泵系统30的情况相比时)，可以增加热传输介质通过容器25的流动速度。因此，对于处于低温条件的空气调节设备10的冷却功能或加热功能，可以使起动时间周期较短。另一方面，在将通过容器25的热传输介质的流动速度维持在恒定值的情况中，已经通过容器25的热传输介质的温度降低或温度增加变大。因此，可以增强空气调节设备10的冷却能力或加热能力。
将对以下情况进行进一步说明，在所述情况中具有比热传输介质的导热系数高的导热系数的材料(例如，碳纳米管)混合在热传输介质中。如图4A所示，在碳纳米管40混合在包含在由一对平板100(其例如由磁热效应材料制成)形成的空间中的热传输介质42中且碳纳米管40的两端沿相同方向朝向平板100定向的情况中，导热系数增加。另一方面，如图4B所示，在碳纳米管40的两端沿相同方向平行于平板100定向时，导热系数不增加。此外，当碳纳米管40聚积在一起时，导热系数也不增加。甚至在除碳纳米管40之外的、具有比热传输介质的导热系数高的导热系数的其它材料混合在热传输介质中时，当这种材料聚积在一起时，导热系数也不增加。
因此，如图4C所示，重要的是在混合在热传输介质42中的碳纳米管40通过平板100之间的空间时，防止碳纳米管40聚积在一起且不沿相同的方向定向碳纳米管40。如图4C所示，当碳纳米管40不聚积在一起以及不沿相同方向定向时，热传输介质42的导热系数不减小。
防止碳纳米管40(其混合在热传输介质42中)聚积在一起以及沿不同的方向定向碳纳米管40的一种方法是，将微量磁性材料41与碳纳米管40一起混合在热传输介质42中，如图4D所示。可替换地，微量磁性材料(例如，铁成分)可以混合至碳纳米管40。
当热传输介质42通过板100之间的空间(对应于容器25的内部空间)时，微量磁性材料41或(磁性材料41混合到其中的)碳纳米管40根据施加至容器25的磁场的变化移动。由于碳纳米管40移动，碳纳米管40的方向在热传输介质42中沿不同的方向定向。因此，当热传输介质42通过板100之间的空间(容器25中的空间)时，热传输介质42的导热系数不减小。
(第二实施例)
防止混合在热传输介质42中的碳纳米管40聚积在一起以及沿不同的方向定向碳纳米管40的另一种方法是，在容器25中强制搅拌热传输介质。将参照图5A-5C和图6A-6F说明本公开内容的第二实施例。
搅拌结构50在图5A-5C和图6A-6F中示出。
如图5A所示，多个搅拌杆51设置在每个容器25中，其中搅拌杆51根据磁场的变化转动。更具体地，容器25分成第一容器部25A和第二容器部25B，3个搅拌杆51设置在第一容器部25A和第二容器部25B的每个轴向端处。每个具有与第一容器部25A和第二容器部25B的横截面相同的横截面的框架构件53连接在第一容器部25A和第二容器部25B的两个轴向端处。每个搅拌杆51被容纳在形成在框架构件53内部的每个旋转空间52中，以便搅拌杆51能够在旋转空间52中转动。与图3B的网眼端板25M相同的网眼端板25M连接至各个框架构件53的外轴向端。网眼端板25M并不总是需要的。
图5B示出冷水产生部11的剖视图，其中当斜盘型压缩机用作循环泵13时，在冷水产生部11中结合另一个搅拌结构50(类似于图5A的结构50)。图5C图示沿着图5B的VC-VC线截取的放大剖视图。如上所述，搅拌杆51能够在框架构件53的各个旋转空间52中转动。
将参照图6A-6F说明搅拌杆51的旋转操作。每个搅拌杆51被磁化，使得它具有N极和S极。
说明在图6A-6F中的每个附图的最左侧位置示出的搅拌杆51A的操作。当转子22处于图6A中示出的位置时，即，当成对磁体23沿水平方向定位时，磁体23(图中的左手侧磁体23，其称为第一磁体)的N极直接面对搅拌杆51A。在该位置，搅拌杆51的S极和第一磁体23的N极彼此吸引，并且搅拌杆51沿水平方向定向。
图6B示出转子22的另一个位置，其中转子22沿顺时针方向从图6A的位置旋转60度。在该位置，第一磁体23的N极在右上方向上偏离搅拌杆51A。搅拌杆51的S极跟随转子22的旋转，并沿逆时针方向旋转，使得搅拌杆51A的S极朝向第一磁体23的N极指向。
图6C示出转子22的另一个位置，其中转子22沿顺时针方向从图6B的位置进一步旋转60度。在该位置，第一磁体23的N极进一步偏离搅拌杆51A，而第二磁体23的S极从下侧靠近搅拌杆51A。随后，搅拌杆51A的N极由第二磁体23的S极吸引，使得搅拌杆51A的N极沿逆时针方向进一步旋转。搅拌杆51A的N极朝向第二磁体23的S极指向。
图6D示出转子22的另一个位置，其中转子22沿顺时针方向从图6C的位置旋转60度。在该位置，该对磁体23沿水平方向定位，并且第二磁体23的S极直接面对搅拌杆51A。在该位置，搅拌杆51的N极和第二磁体23的S极彼此吸引，并且搅拌杆51沿水平方向定向。
图6E示出转子22的另一个位置，其中转子22沿顺时针方向从图6D的位置旋转60度。在该位置，第二磁体23的S极在右上方向上偏离搅拌杆51A。搅拌杆51A的N极跟随转子22的旋转并沿逆时针方向旋转，使得搅拌杆51A的N极朝向第二磁体23的S极定向。
图6F示出转子22的另一个位置，其中转子22沿顺时针方向从图6E的位置旋转60度。在该位置，第二磁体23的S极进一步偏离搅拌杆51A，而第一磁体23的N极从下侧靠近搅拌杆51A。随后，搅拌杆51A的S极由第一磁体23的N极吸引，使得搅拌杆51A的S极进一步沿逆时针方向旋转。搅拌杆51A的S极朝向第一磁体23的N极指向。当转子22沿顺时针方向从图6E的位置进一步旋转60度时，转子22返回图6A的初始位置。
如上所述，搅拌杆51A跟随转子22的旋转，以自身旋转。当转子22沿顺时针方向旋转一转时，搅拌杆51A沿逆时针方向旋转360度。由于搅拌杆51根据转子22的旋转而旋转，因此热传输介质由搅拌杆51搅拌，随后流入第一容器部25A和第二容器部25B。
根据上述第二方法，在容器25中强制搅拌热传输介质42中混合的碳纳米管40，以便防止碳纳米管40聚积在一起并且使它们沿不同的方向定向。第二种方法同样可以适用于其中除碳纳米管之外的、具有比热传输介质的导热系数高的导热系数的其它材料混合在热传输介质中的情况。
(第三实施例)
图7示出用于根据本公开内容的第三实施例的磁热泵装置30A的容器25的另一种搅拌结构。
为了简化说明，容器25的形状被示出为矩形形状。然而，容器25的形状可以形成第一和第二实施例中的形状。根据第三实施例，代替小丸型磁热效应材料，磁热效应材料形成圆柱形状26C或形成矩形柱形状26S，并且这种磁热效应材料26C和/或26S布置在容器25中，以更有效地搅拌通过容器25的热传输介质。
图8A-8C示出用于根据第三实施例的容器25的搅拌结构的详细结构。如图8A所示，磁热效应材料的多个圆柱26C从容器25的一个开口端朝向另一个开口端排列成多条直线。根据这种结构，热传输介质(已经被吸入容器25或将从容器25排出)以Z字形在排列成直线的磁热效应材料的圆柱26C之间的空间中流动，如图8C中的实线指示。结果，在容器25中搅拌热传输介质。
(第一变形)
图9A和9B示出根据第三实施例的第一变形的容器25的搅拌结构。根据本变形，磁热效应材料的多个圆柱26C从一个开口端朝向另一个开口端设置在容器25中，其中一定数量的圆柱26C形成一组，多组圆柱26C定位成Z字形。根据这种结构，热传输介质(已经被吸入容器25中或将从容器25排出)以较大的Z字形在设置成Z字形的磁热效应材料的圆柱26C的组之间的空间中流动，如由实线指示。结果，在容器25中搅拌热传输介质。
(第二变形)
图9C和9D示出根据第三实施例的第二变形的容器25的搅拌结构。
根据本变形，磁热效应材料的多个矩形柱26S从容器25的一个开口端朝向另一个开口端排列成多条直线。根据这种结构，热传输介质(已经被吸入容器25或将从容器25排出)以Z字形在设置成直线的磁热效应材料的矩形柱26S之间的空间中流动。结果，在容器25中搅拌热传输介质。矩形柱具有角。因此，当热传输介质的流动碰撞矩形柱26S时，该流动与图8A-8C的第三实施例的情况(圆柱)相比被更大地扰动。结果，热传输介质以比图8A-8C的第三实施例的Z字形大的Z字形流动。
(第三变形)
图10A示出根据第三实施例的第三变形的容器25的搅拌结构。根据第三变形，磁热效应材料的多个圆柱26C(附图中3个柱)从容器25的一个开口端朝向另一个开口端布置成多条直线(图中为三条)。这些圆柱26C(9个柱)属于第一柱组，其中每个圆柱26C沿垂直方向延伸。第二柱组(其它9个圆柱26C)以类似于第一柱组的方式在第一柱组的下游侧布置在容器25中，然而，其中每个圆柱26C沿水平方向延伸。第一柱组和第二柱组交替地设置在位于第一柱组和第二柱组中的第一组的下游侧的容器25中。
根据上述第三实施例(图8A-8C)或第一和第二变形(图9A-9D)，热传输介质(已经被吸入容器25或将从容器25排出)仅沿水平方向以Z字形在磁热效应材料的柱26C或26S之间的空间中流动。然而，根据第三变形，热传输介质首先以Z字形沿水平方向流动，随后以Z字形沿垂直方向流动。结果，在容器25中更加剧烈地搅拌热传输介质。
(第四变形)
图10B示出根据第三实施例的第四变形的容器25的搅拌结构。如图10B所示，在该变形中，图10A的圆柱26C由矩形柱26S代替。如与第三变形(图10A)相同的方式，热传输介质同样首先以Z字形沿水平方向流动，随后以Z字形沿垂直方向流动。此外，由于使用矩形柱26S代替圆柱26C，因此在容器25中更加剧烈地搅拌热传输介质。
磁热效应材料的圆柱26C和/或矩形柱26S的布置不应当限于上述第三实施例(包括第一至第四变形)。热传输介质的流动根据圆柱和/或矩形柱的特定布置可以在容器中旋转。
根据上述实施例，具有比热传输介质42的导热系数高的导热系数的材料40混合在热传输介质42中，以增加热传输介质的导热系数，换句话说，以改善热传输介质和磁热效应材料26之间的热交换。
代替具有比热传输介质42的导热系数高的导热系数的材料40，诸如具有比热传输介质的比热或容积比热高的比热或容积比热的材料可以混合在热传输介质中，以便可以改善热传输介质和磁热效应材料之间的热交换。
潜热存储材料可以用作具有比热传输介质的比热或容积比热高的比热或容积比热的材料。例如，石蜡、赤藓醇、苏糖醇、萘、聚乙烯、硬脂酸(stearin acid)等可以用作潜热存储材料。当潜热存储材料混合在热传输介质中时，它可以以类似于碳纳米管的方式聚积在一起。因此，当潜热存储材料混合在热传输介质中时，优选的是可以搅拌热传输介质，以增加导热系数。
Claims (15)
1.一种磁热泵系统，包括：
磁热泵装置(30A)；
散热装置(5)，用于散发从磁热泵装置(30A)的一端排出的热传输介质(42)的热量到散热装置(5)的外面；和
吸热装置(2)，用于将来自吸热装置(2)外面的热量吸入到从磁热泵装置(30A)的另一端排出的热传输介质(42)中，
其中磁热泵装置(30A)包括：
容器(25)，磁热效应材料(26)容纳在所述容器中，并且热传输介质(42)通过所述容器；
磁场改变装置(22，23)，用于改变将被施加到磁热效应材料(26)的磁场的强度；
工作流体移动装置(13)，用于以往复运动方式在容器(25)中移动热传输介质(42)，以便通过容器(25)的一端将热传输介质(42)吸入容器中并通过容器(25)的另一端将热传输介质(42)从容器中排出，反之亦然；
其中下述第一材料和第二材料中的一种混合在热传输介质(42)中：
具有高于热传输介质(42)的导热系数的导热系数的第一材料(40)，和
具有高于热传输介质(42)的比热或容积比热的比热或容积比热的第二材料(40)，
其中，微量磁性材料(41)也混合在热传输介质(42)中。
2.根据权利要求1所述的磁热泵系统，其中
具有高于热传输介质(42)的导热系数的导热系数的第一材料(40)选自下述材料中的一种；
碳纳米管、石墨烯、氧化铝和金粒子。
3.根据权利要求1所述的磁热泵系统，其中
具有高于热传输介质(42)的比热或容积比热的比热或容积比热的第二材料(40)由潜热存储材料构成。
4.根据权利要求3所述的磁热泵系统，其中
所述潜热存储材料选自下述材料中的一种：
石蜡、赤藓醇、苏糖醇、萘、聚乙烯和硬脂酸。
5.根据权利要求1或2所述的磁热泵系统，其中
微量磁性材料(41)混合至具有高于热传输介质(42)的导热系数的导热系数的第一材料(40)。
6.根据权利要求1、3和4中任一项所述的磁热泵系统，其中
微量磁性材料(41)混合至具有高于热传输介质(42)的比热或容积比热的比热或容积比热的第二材料(40)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的磁热泵系统，其中
搅拌结构(50)形成在容器(25)中，用于搅拌热传输介质(42)。
8.根据权利要求7所述的磁热泵系统，其中
搅拌结构(50)由搅拌杆(51)和框架构件(53)构成，搅拌杆(51)能够移动地容纳在形成在容器(25)中的旋转空间(52)中，其中搅拌杆(51)根据磁场的变化旋转，框架构件(53)用于形成旋转空间(52)。
9.根据权利要求7所述的磁热泵系统，其中
搅拌结构(50)通过磁热效应材料(26)的多个柱(26C，26S)形成在容器(25)中，其中所述多个柱(26C，26S)被布置为使得热传输介质(42)流过所述多个柱(26C，26S)之间形成的空间，并且热传输介质(42)的流动被所述多个柱(26C，26S)扰乱。
10.一种空气调节设备(10)，具有根据权利要求1-4中任一项所述的磁热泵系统(30)，其中
磁热泵装置(30A)具有设置在工作流体移动装置(13)的两侧的第一容器单元和第二容器单元(25)，其中第一容器单元和第二容器单元(25)中的每一个具有至少一个容器，
工作流体移动装置(13)具有：由马达(20)驱动以旋转的旋转轴(21)；多个汽缸(34)，设置在旋转轴(21)周围并分别连接至第一容器单元和第二容器单元(25)的每个容器(25)；和多个活塞(33)，能够移动地容纳在每个汽缸(34)中，以便每个活塞(33)在每个汽缸(34)中往复运动，其中工作流体移动装置(13)以热传输介质(42)被从容器(25)吸入对应的汽缸(34)或热传输介质(42)从汽缸(34)排出并进入对应的容器(25)的方式移动热传输介质(42)，
设置在第一容器单元和第二容器单元(25)中的每一个中的磁场改变装置(22，23)由连接至旋转轴(21)的转子(22)和连接至转子(22)的外周的永磁体(23)构成，
第一循环管(15)连接至第一容器单元(25)，其中吸热装置(2)设置在第一循环管(15)中，
第二循环管(16)连接至第二容器单元(25)，其中散热装置(5)设置在第二循环管(16)中，
当热传输介质(42)从第一容器单元(25)排出并进入第一循环管(15)时，设置在第一容器单元(25)中的磁场改变装置(22，23)去除由永磁体(23)产生并将要施加至磁热效应材料(26)的磁场，并且
当热传输介质(42)从第二容器单元(25)排出并进入第二循环管(16)时，设置在第二容器单元(25)中的磁场改变装置(22，23)将由永磁体(23)产生的磁场施加至磁热效应材料(26)。
11.根据权利要求10所述的空气调节设备(10)，其中
第一旁路管(17A)设置在第一循环管(15)中，以便在第一容器单元(25)中被冷却并从第一容器单元(25)排出的热传输介质(42)在不通过吸热装置(2)的情况下返回第一容器单元(25)，
第二旁路管(18A)设置在第二循环管(16)中，其中室外装置(14)设置在第二旁路管(18A)中，以在热传输介质(42)返回第二容器单元(25)之前将来自外部空气的热量吸入热传输介质(42)，
第一循环管(15)中的热传输介质(42)被控制为在空气调节设备(10)处于其加热操作中时流过第一旁路管(17A)，并且
第二循环管(16)中的热传输介质(42)被控制为在空气调节设备(10)处于其冷却操作中时流过第二旁路管(18A)。
12.根据权利要求11所述的空气调节设备(10)，其中
第三旁路管(19A)设置在第一循环管(15)中，其中室外装置(14)设置在第三旁路管(19A)中，以便在空气调节设备(10)处于冷却操作中时在热传输介质(42)被吸入第一容器单元(25)之前由室外装置(14)冷却热传输介质(42)。
13.一种空气调节设备，包括：
磁热泵装置(30A)，具有第一容器单元和第二容器单元(25)、磁场改变装置(22，23)以及工作流体移动装置(13)，磁热效应材料(26)容纳在第一容器单元和第二容器单元(25)中，热传输介质(42)通过第一容器单元和第二容器单元(25)，磁场改变装置(22，23)设置在第一容器单元和第二容器单元(25)中的每一个中，用于改变将要施加至磁热效应材料(26)的磁场的强度，工作流体移动装置(13)设置在第一容器单元和第二容器单元(25)之间，用于以往复运动方式在各个第一容器单元和第二容器单元(25)中移动热传输介质(42)，以便将热传输介质(42)吸入各个容器单元(25)中和/或从各个容器单元(25)中排出；
吸热装置(2)，用于将来自吸热装置(2)外面的热量吸入到从第一容器单元(25)排出的热传输介质(42)中；
散热装置(5)，用于散发从第二容器单元(25)排出的热传输介质(42)的热量到散热装置(5)的外面；
连接至第一容器单元(25)的第一循环管(15)，其中吸热装置(2)设置在第一循环管(15)中；和
连接至第二容器单元(25)的第二循环管(16)，其中散热装置(5)设置在第二循环管(16)中，
其中设置在第一容器单元和第二容器单元(25)中的每一个中的磁场改变装置(22，23)由连接至旋转轴(21)的转子(22)和连接至转子(22)的外周的永磁体(23)构成，
其中，当热传输介质(42)从第一容器单元(25)排出并进入第一循环管(15)时，设置在第一容器单元(25)中的磁场改变装置(22，23)去除由永磁体(23)产生并将要施加至磁热效应材料(26)的磁场，并且
其中，当热传输介质(42)从第二容器单元(25)排出并进入第二循环管(16)时，设置在第二容器单元(25)中的磁场改变装置(22，23)将由永磁体(23)产生的磁场施加至磁热效应材料(26)。
14.根据权利要求13所述的空气调节设备(10)，其中
第一旁路管(17A)设置在第一循环管(15)中，以便在第一容器单元(25)中冷却并从第一容器单元(25)排出的热传输介质(42)在不通过吸热装置(2)的情况下返回第一容器单元(25)，
第二旁路管(18A)设置在第二循环管(16)中，其中室外装置(14)设置在第二旁路管(18A)中，以在热传输介质(42)返回第二容器单元(25)之前将来自外部空气的热量吸入热传输介质(42)，
第一循环管(15)中的热传输介质(42)被控制为在空气调节设备(10)处于其加热操作中时流过第一旁路管(17A)，并且
第二循环管(16)中的热传输介质(42)被控制为在空气调节设备(10)处于其冷却操作中时流过第二旁路管(18A)。
15.根据权利要求14所述的空气调节设备(10)，其中
第三旁路管(19A)设置在第一循环管(15)中，其中室外装置(14)设置在第三旁路管(19A)中，以便在空气调节设备(10)处于冷却操作中时在热传输介质(42)被吸入第一容器单元(25)之前由室外装置(14)冷却热传输介质(42)。
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