CN102788444A - 磁热泵设备 - Google Patents
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Abstract
一种磁热泵设备，包括：限定工作腔(311)的容器(31)；设置在所述工作腔中的磁性工作元件(30)；磁场施加器(32)，在磁场方向上交替地施加磁场到磁性工作元件和从磁性工作元件去除磁场；和输送装置(34)，输送热介质使之在往复方向上往复运动。磁场方向和往复方向彼此相交。磁性工作元件是多个磁性工作元件中的一个。多个磁性工作元件中的每个具有在磁场方向上延伸的柱状形状。
Description
技术领域
本公开涉及一种磁热泵设备。
背景技术
专利文献JP-B2-3967572(US 2004/0194855)公开一种利用磁性工作物质的磁热效应的磁热泵设备。该磁性工作物质成形为微球并填充在工作腔中。磁场交替地施加到磁性工作物质或从磁性工作物质去除。热介质制成在工作腔中往复运动，与磁场的施加和去除同步，从而使得磁热泵设备实现热传递。由于球形形状，磁性工作物质的比表面面积(specificsurface area)增加，并且便于在磁性工作物质和热介质之间的热交换。
然而，当磁场施加到磁性工作物质时磁阻变大，因为磁性工作物质具有微球状态。此外，当施加磁场或去除磁场时，被发出或被吸收的热量的量没有充分地增加。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种具有高效率的磁热泵设备。
根据本公开的一个实例，一种磁热泵设备，包括容器、磁性工作元件、磁场施加器、输送装置、发热部分和吸热部分。所述容器限定工作腔，并且热介质在该工作腔的第一端部和第二端部之间沿往复方向往复运动。所述磁性工作元件由具有磁热效应的磁性工作物质制成，并且设置在所述工作腔中并位于所述第一端部和所述第二端部之间。所述磁场施加器在与所述往复方向相交的磁场方向上交替地施加磁场到磁性工作元件和从磁性工作元件去除磁场。所述输送装置与磁场的施加和去除同步地输送热介质。所述发热部分将与所述第一端部相邻定位的热介质的热量发散到外部。所述吸热部分将外部热量吸收到与所述第二端部相邻定位的热介质中。所述磁性工作元件是设置在工作腔中的多个磁性工作元件中的一个，并且所述多个磁性工作元件中的每个具有在所述磁场方向上延伸的柱状形状。
因此，该磁热泵设备具有高效率。
附图说明
根据下面参照附图的详细说明，本公开的上述和其它目的、特征和优点将变得显然。附图如下：
图1是显示根据一个实施例的包括磁热泵设备的空调的示意图；
图2是显示磁热泵设备的轴向剖视图；
图3是显示磁热泵设备的径向剖视图；
图4是显示磁热泵设备的容器所限定的工作腔的径向剖视图；
图5是沿图4的线V-V的剖视图；
图6是显示设置在磁热泵设备的磁性工作元件之间的间隔器的放大剖视图；
图7A、图7B、图7C和图7D是显示磁性工作元件的线单元的制造方法的示意图；
图8是显示根据变化实例的磁性工作元件的线单元的剖视图；
图9是显示根据变化实例的磁性工作元件的线单元的剖视图；
图10是显示根据变化实例的磁性工作元件的线单元的剖视图；
图11是显示根据变化实例的磁性工作元件的线单元的剖视图；和
图12是显示装配磁性工作元件的沟槽的放大剖视图。
具体实施方式
(实施例)
磁制冷系统2应用于车辆的空调1，并且对应于根据一个实施例的磁热泵设备。磁制冷系统2具有磁制冷机3。图2是沿图3的线II-II的磁制冷机3的剖视图。
空调1为车辆的乘客室执行空调调节。空调1安装到从内燃机获得驱动力的车辆。
如图1所示，磁制冷系统2设置在车辆的发动机室中。空调1的室内空气调节单元10设置在乘客室中。空调1具有空气调节控制器100。
磁制冷系统2具有制冷剂回路4、5，该制冷剂回路4、5被控制成在冷却模式、加热模式和除湿模式之间切换。当设定加热模式时乘客室被加热，当设定冷却模式时乘客室被冷却。在除湿模式中，乘客室在被除湿的同时执行加热操作。空调1用于乘客室的冷却、加热或除湿。
磁制冷系统2是有源磁制冷机(AMR)型系统，当通过磁性工作物质的磁热效应产生冷能和热能时，该磁制冷系统2在由磁性工作物质制成的磁性工作元件30中存储冷能和热能。磁制冷系统2具有磁制冷机3、第一(高温)制冷剂回路4和第二(低温)制冷剂回路5。由于磁热效应，磁制冷机3产生冷能和热能。
当热介质的温度受到磁制冷机3产生的热能而上升时，热介质在高温制冷剂回路4中从磁制冷机3循环到第一(加热)热交换器13，该第一(加热)热交换器13对应于发热部分。该热介质例如是液体，如包含抗冷冻液的水，并且可以称作制冷剂。
当热介质的温度受到磁制冷机3产生的冷能而下降时，热介质在低温制冷剂回路5中从磁制冷机3循环到第二(冷却)热交换器12，该第二(冷却)热交换器12对应于吸热部分。
磁制冷机3具有热交换容器31、磁场施加器32、制冷剂泵34和电机35。热交换容器31限定工作腔311，该工作腔311容纳磁性工作元件30，并且对应于热传递介质的制冷剂流过该工作腔311。
磁场施加器32施加磁场到磁性工作元件30和从磁性工作元件30去除磁场。制冷剂泵34泵送热交换容器31的制冷剂使之流动，并且制冷剂泵34对应于输送制冷剂的输送装置。电机35是驱动磁制冷机3的驱动源。
如图2所示，热交换容器31具有高温部分31a和低温部分31b。由于磁热效应，在高温部分31a产生热能，并且在低温部分31b产生冷能。高温部分31a和低温部分31b沿穿过制冷剂泵34的相同轴线设置。
高温容器31a、低温容器31b和制冷剂泵34被结合在一起并容纳在磁制冷机3的壳体31中。
高温容器31a和低温容器31b通过中空的筒状容器构造而成。容器31a、31b具有沿容器31a，31b的圆周壁延伸的工作腔311。工作腔311容纳磁性工作元件30，并且制冷剂在工作腔311中流动。如图3所示，在相应的容器31a、31b中沿圆周方向以等间距限定多个例如十二个工作腔311。
如图2所示，制冷剂端口312限定在高温容器31a的与制冷剂泵34相对的端表面上，制冷剂端口313限定在低温容器31b的与制冷剂泵34相对的端表面上。制冷剂通过制冷剂端口312，313流入或流出容器31a，31b。
热交换容器31具有在工作腔311的轴线(左右)方向XX上的第一端部311a和第二端部311b。工作腔311通过第一端部311a与制冷剂端口312连通，工作腔311通过第二端部311b与制冷剂端口313连通。
在图2中，两个制冷剂端口312被显示为与高温容器31a相邻定位。例如，端口312中的一个与上部工作腔311连通，端口312中的另一个与下部工作腔311连通。
相应的制冷剂端口312具有向内吸入制冷剂的入口312a和向外排出制冷剂的出口312b。吸入阀312c设置到入口312a，并且当向内吸入制冷剂时打开。排出阀312d设置到出口312b，并且当向外排出制冷剂时打开。
在图2中，图示两个制冷剂端口313与低温容器31b相邻定位。例如，端口313中的一个上部工作腔311连通，端口313中的另一个与下部工作腔311连通。
相应的制冷剂端口313具有向内吸入制冷剂的入口313a和向外排出制冷剂的出口313b。吸入阀313c设置到入口313a，并且排出阀313d设置到出口313b。
连通端口314限定在高温容器31a的与制冷剂泵34相对的端表面上，并且连通端口315限定在低温容器31b的与制冷剂泵34相对的端表面上。多个连通端口314，315限定成与制冷剂端口312和制冷剂端口313对应。
如图3所示，回转轴321a、321b，转子322a、322b和永磁铁323a、323b设置在容器31a、31b中，并对应于磁场施加器32。转子322a，322b固定到回转轴321a，321b。永磁铁323a，323b埋设在转子322a，322b的外圆周表面中。
回转轴321a，321b通过限定在容器31a，31b的在轴线方向XX上的端部上的轴承转动地支撑。
高温容器31a的回转轴321a和低温容器31b的回转轴321b与制冷剂泵34的驱动轴341整体地结合成一体。
在图2中，回转轴321b具有与制冷剂泵34相对的左端，并且该左端从低温容器31b朝外延伸。电机35连接到回转轴321b的左端，并且转动回转轴321a，321b和驱动轴341。
在图3中，转子322a，322b固定到回转轴321a，321b，并且在永磁铁323a，323b固定到转子322a，322b的外圆周表面的状态下通过与容器31a，31b的内圆周表面相距预定间隙而可转动。
如图3所示，永磁铁323a，323b位于圆周方向上的两个部分中，并且根据回转轴321a，321b的旋转周期性地接近容器31a，31b的相应工作腔311。两个部分的每个的面积等于转子322a，322b的外圆周表面面积的大约1/4。
转子322a，322b具有位于圆周方向上的两个部分之间的两个沟槽部分。该沟槽部分从外圆周表面凹陷并在轴线方向XX上延伸。即，沟槽部分位于转子322a，322b不具有永磁铁323a，323b的外圆周表面处。
容器31a，31b和转子322a，322b用作轭。根据回转轴321a，321b的旋转，永磁铁323a，323b产生的磁场交替地施加到磁性工作元件30和从磁性工作元件30去除。磁场在与容器31a，31b的径向方向对应的磁场方向上施加到元件30。
由非磁性材料例如树脂制成的保持部件33围绕工作腔311设置。工作腔311在容器31a，31b中的定位由保持部件33确定。
制冷剂泵34是制冷剂输送装置，其使制冷剂在容器31的高温端口312和低温端口313之间往复运动。制冷剂泵34由例如径向活塞泵形成，其中的多个活塞343沿圆周方向布置，如图2所示。控制凸轮342固定到驱动轴341，并且在径向方向上移动。活塞343的数量设定成与工作腔311的数量相同。
如图2所示，制冷剂泵34除了活塞343、驱动轴341和控制凸轮342外还具有壳体340和缸膛344。驱动轴341转动地支撑在壳体340中。控制凸轮342固定到驱动轴341，并且与驱动轴341整体地旋转。活塞343根据控制凸轮342的旋转在沿径向方向延伸的缸膛344中往复运动。活塞343可以称作凸轮随动件。驱动轴341通过限定在壳体340的沿轴线方向XX的端部上的轴承转动地支撑。
控制凸轮342的形状基于固定到回转轴321的永磁铁323的数量确定。例如，在永磁铁323的数量为两个的情况下，控制凸轮342的形状以回转轴321a，321b旋转一转而活塞343来回两次的方式确定。
高温容器31a的连通端口314和低温容器31b的连通端口315与缸膛344连通。因此，能够在缸膛344所构造的相同空间中、在高温容器31a的制冷剂和低温容器31b的制冷剂之间进行热交换。
制冷剂泵34相对于工作腔311吸入或排出制冷剂与磁场的施加或去除同步。
例如，当磁场施加到高温容器31a的磁性工作元件30时并且当磁场从低温容器31b的磁性工作元件30去除时，制冷剂泵34从与容器31a的工作腔311和容器31b的工作腔311连通的缸膛344中排出制冷剂。
当从高温容器31a的磁性工作元件30去除磁场时并且当磁场施加到低温容器31b的磁性工作元件30时，制冷剂泵34将制冷剂吸入到与容器31a的工作腔311和容器31b的工作腔311连通的缸膛344中。
当制冷剂泵34将制冷剂排出到容器31a，31b的工作腔311中时，排出阀312d，313d打开。此时，在工作腔311的端部311a，311b四周离开的制冷剂被从制冷剂出口312b，313b排出到外部。
当制冷剂泵34从容器31a，31b的工作腔311吸入制冷剂时，吸入阀312c，313c打开。此时，制冷剂通过制冷剂入口312a，313a被从外部吸入到工作腔311的端部311a，311b中。
电机35通过从车内电池(未显示)供应的电力启动，并且通过给回转轴321a，321b和驱动轴341提供驱动力来驱动磁制冷机3。
磁场施加器32通过回转轴321a、321b，转子322a、322b，永磁铁323a、323b和电机35构造。电机35位于容器31的外部。永磁铁323a，323b对应于产生磁场的磁场发生器。
包括在制冷剂泵34中的缸的数量对应于容器31的工作腔311的数量，从而使得包括在制冷剂泵34中的缸的数量在本实施例中是十二个。工作腔311的数量是指容器31a或容器31b的工作腔311的数量，而不是容器31a、31b的整个。尽管省略了详细的说明图，使用制冷剂泵34相对于工作腔311输送制冷剂。
下面将说明磁制冷系统2的操作。因为工作腔311具有相同构造，因此使用位于图2上侧的一个代表性工作腔311来进行说明。多个工作腔311在磁制冷系统2的操作中彼此具有相位偏移。
当制冷剂泵34的活塞343位于下死点附近时，并且当永磁铁323a接近高温容器31a的工作腔311时，磁场施加到工作腔311的磁性工作元件30，从而使得在磁场施加过程中磁性增加。此时，由于磁热效应，磁性工作元件30产生热量，并且工作腔311中的制冷剂的温度上升。
然后，活塞343从下死点移动到上死点，并且工作腔311的制冷剂从制冷剂泵34移动到高温制冷剂端口312。此时，制冷剂出口312b的排出阀312d打开，并且在工作腔311的第一端部311a附近离开的高温制冷剂在制冷剂排出过程中被从制冷剂出口312b排向加热热交换器13。
然后，当活塞343位于上死点附近时，并且当永磁铁323a从高温容器31a的工作腔311分离开时，从磁性工作元件30去除磁场，从而使得在磁场去除过程中磁性降低。
然后，活塞343从上死点移动到下死点，并且工作腔311的制冷剂从高温制冷剂端口312移动到制冷剂泵34。此时，制冷剂出口312a的吸入阀312c打开，并且从加热热交换器13流出的制冷剂在制冷剂吸入过程中被吸到制冷剂入口312a附近。当制冷剂泵34的活塞343返回到下死点时，执行下一个磁场施加过程。
由于四个过程，例如磁场施加过程、制冷剂排出过程、磁场去除过程和制冷剂吸入过程，高温容器31的磁性工作元件30的磁热效应所产生的热能能够被输送到加热热交换器13。
在低温容器31b的工作腔311中，当从高温容器31a的工作腔311去除磁场时，在活塞343位于上死点附近的状态下磁场被施加到低温容器31b的磁性工作元件30。
然后，活塞343从上死点移动到下死点，并且工作腔311的制冷剂从低温端口313移动到制冷剂泵34。此时，低温端口313的制冷剂入口313a的吸入阀313c打开，并且从冷却热交换器12流出的制冷剂在制冷剂吸入过程中被吸到制冷剂入口313a附近。
然后，当磁场施加到高温容器31a的工作腔311时，在低温容器31b的工作腔311中，在活塞343位于下死点附近的状态下，从工作腔311中的磁性工作元件30去除磁场。
然后，活塞343从下死点移动到上死点，并且工作腔311的制冷剂从制冷剂泵34移动到低温端口313。此时，低温端口313的制冷剂出口313b的排出阀313c打开，并且在工作腔311的第二端部311b的制冷剂出口313b附近离开的低温制冷剂在制冷剂排出过程中被排向冷却热交换器12。
由于四个过程，例如磁场施加过程、制冷剂吸入过程、磁场去除过程和制冷剂排出过程，容纳在低温容器31b中的磁性工作元件30的磁热效应所产生的冷能能够输送到冷却热交换器12。
如果热交换容器31被考虑成整体，在磁场施加到磁性工作元件30之后，制冷剂从与第二端部311b相邻定位的低温端口313向与第一端部311a相邻定位的高温端口312移动。在从磁性工作元件30去除磁场之后，制冷剂从高温端口312向低温端口313移动。
当在高温容器31a中重复磁场施加过程、制冷剂排出过程、磁场去除过程和制冷剂吸入过程时，并且当在低温容器31b中重复磁场施加过程、制冷剂排出过程、磁场去除过程和制冷剂吸入过程时，在高温容器31a的磁性工作元件30和低温容器31b的磁性工作元件30之间能够产生大的温度梯度。
下面，将说明高温回路4和低温回路5。高温回路4将从高温容器31a的高温端口312的制冷剂出口312b流出的制冷剂引入到加热热交换器13的制冷剂入口13a。此外，高温回路4将从加热热交换器13的制冷剂出口13b流出的制冷剂引入到高温容器31a的高温端口312的制冷剂入口312a。
具体地，加热热交换器13的制冷剂入口13a连接到高温端口312的制冷剂出口312b。加热热交换器13设置在室内空气调节单元10的壳11中。在通过冷却热交换器12之后，流通过加热热交换器13的制冷剂与空气交换热量。因此，加热热交换器13加热空气，并且对应于第一热交换器。冷却热交换器12对应于第二热交换器。
如图1所示，第一电动三路阀41连接到加热热交换器13的制冷剂出口13b。第一三路阀41是切换通道的切换部分，并且利用从空气调节控制器100输出的控制信号控制。
更具体地，响应于从空气调节控制器100输出的控制信号，第一三路阀41将加热热交换器13的制冷剂出口13b切换成与高温容器31a的制冷剂入口312a连通或与第三热交换器6的发热制冷剂入口61a连通。
第三热交换器6是设置在发动机室中的室外热交换器，热量在制冷剂和外部空气之间交换。第三热交换器6具有两个热交换部分，例如发热部分61和吸热部分62。从加热热交换器13流出的制冷剂流到发热部分61中。从低温容器31b流出的制冷剂流到吸热部分中。
在第三热交换器6的发热部分61中，通过入口61从加热热交换器13进入的制冷剂与外部空气交换热量。在第三热交换器6的吸热部分62中，通过吸入制冷剂入口62a从低温容器31b进入的制冷剂与外部空气交换热量。
发热部分61的制冷剂通道和吸热部分62的制冷剂通道在第三热交换器6中彼此独立，从而使得发热部分61的制冷剂和吸热部分62的制冷剂被限制彼此混合。
高温容器31a的制冷剂入口312a连接到第三热交换器6的发热出口61b。制冷剂在第三热交换器6中发出热量，并且返回到高温容器31a的工作腔311。
即，高温回路4具有第一回路和第二回路。在第一回路中，制冷剂按照高温容器31a的制冷剂出口312b、第一阀41、高温容器31a的制冷剂入口312a的顺序流动。在第二回路中，制冷剂按照高温容器31a的制冷剂出口312b、加热热交换器13、第一阀41、第三热交换器6的发热部分61和高温容器31a的制冷剂入口312a的顺序流动。
储存箱43通过固定隔膜42连接到高温回路4，并且位于加热热交换器13和第一电动三路阀41之间。储存箱43使用控制流过回路4的制冷剂的量。固定隔膜42可以通过例如孔或毛细管构造。
低温回路5将从低温容器31b的低温端口313的制冷剂出口313b流出的制冷剂引入到冷却热交换器12的制冷剂入口12a。此外，低温回路5将从冷却热交换器12的制冷剂出口12b流出的制冷剂引入到低温端口313的制冷剂入口313a。
具体地，第二电动三路阀51连接到低温端口313的制冷剂出口313b。第二电动三路阀51是切换通道的切换部分，并且与第一电动三路阀41相似，通过从空气调节控制器100输出的控制信号控制。
响应于从空气调节控制器100输出的控制信号，第二电动三路阀51将低温容器31b的低温端口313的制冷剂出口313b切换成与第三热交换器6的吸热入口62a连通或与第三电动三路阀52连通。第三电动三路阀52连接到第三热交换器6的吸热出口62b。
第三电动三路阀52是切换通道的切换部分，并且与第一和第二电动三路阀41、51相似，通过从空气调节控制器100输出的控制信号控制。
具体地，第三三路阀52与第二三路阀51同步地工作。即，当第二阀51将低温端口313的制冷剂出口313b切换成与第三阀52连通时，第三阀52将第二阀51切换成与冷却热交换器12的制冷剂入口12a连通。
此外，当第二阀51将低温端口313的制冷剂出口313b切换成与第三热交换器6的吸热入口62a连通时，第三阀52将第二阀51切换成与低温端口313的制冷剂入口313a连通。
冷却热交换器12连接到第三电动三路阀52，并且设置在室内空气调节单元10的壳11中。冷却热交换器12位于加热热交换器13的在空气流动方向的上游侧。流通过冷却热交换器12的制冷剂与空气交换热量，从而使得空气被该热交换器12冷却。低温端口313的制冷剂入口313a连接到冷却热交换器12的制冷剂出口12b。
因此，低温回路5具有第一回路和第二回路。在第一回路中，制冷剂按照低温容器31b的制冷剂出口313b、第二阀51、第三阀52、冷却热交换器12和低温容器31b的制冷剂入口313a的顺序流动。在第二回路中，制冷剂按照低温容器31b的制冷剂出口313b、第三热交换器6的吸热部分62、第二阀51、第三阀52和低温容器31b的制冷剂入口313a的顺序流动。
储存箱54通过固定隔膜53连接到低温回路5，并且在第一回路中位于第二阀51和第三阀52之间。储存箱54在第二回路中位于第三热交换器6和第三阀52之间。储存箱54用于控制流过回路5的制冷剂的量。固定隔膜53可以例如通过孔或毛细管构造。
下面将说明室内空气调节单元10。室内空气调节单元10设置在仪器板的内部，该仪器板位于乘客室的最前部处。送风机(未图示)、冷却热交换器12、加热热交换器13和加热器芯14容纳在壳11中。
壳11限定用于将空气输送到乘客室中的空气通道。壳11由(例如具有一定弹性和优良强度的)树脂例如聚丙烯制成。内部和外部交换盒(未显示)设置在壳11的在空气流动方向上的最上游处，以便切换引导内部空气(乘客室内的空气)和/或外部空气(乘客室外的空气)。
送风机设置在盒的在空气流动方向上的下游，以便将通过盒吸入的空气发送向乘客室。送风机可以由离心多叶片风扇例如西洛可风扇(siroccofan)形成并被电机驱动。送风机的旋转部件通过从空气调节控制器100输出的控制电压控制。因此，通过送风机发送的空气的量能够被控制。
冷却热交换器12设置在送风机的在空气流动方向上的下游。限定在壳11中的空气通道具有加热通道15、使加热通道15旁路的旁路通道16、和混合空间17。空气通道位于冷却热交换器12的在空气流动方向上的下游，并且通过冷却热交换器12的空气流过空气通道。通过加热通道15的空气和通过旁路通道16的空气在混合空间17中混合。
加热热交换器13和加热器芯14依序设置在作为加热部分的加热通道15中，该加热通道15在空气沿空气流动方向通过冷却热交换器12之后加热该空气。在加热器芯14中，输出驱动力的发动机(未图示)的冷却水与通过冷却热交换器12的空气交换热量。
由于旁路通道16，通过冷却热交换器12的空气被引入到混合空间17中，而不通过加热热交换器13和加热器芯14。因此，通过控制通过加热通道15的空气和通过旁路通道16的空气的比例，来控制混合空间17中的空气的温度。
空气混合门18设置在冷却热交换器12和通道15、16之间，以便连续地改变前述空气的比例。空气混合门18控制流到加热热交换器13中的空气的量，以便控制发送到乘客室的空气的温度。
空气出口(未图示)，例如面出口、足部出口和解冻器出口，限定在壳11的在空气流动方向上的最下游端。空气从混合空间17通过出口发送到乘客室中。此外，调节空气出口的开口面积的门设置在空气出口的上游。因此，能够通过打开/关闭门来改变空气出口，该空气出口吹送被调节的空气到乘客室。
空气调节控制器100包括微处理器和外围电路。微处理器具有CPU、ROM、RAM等。基于控制器100的ROM中存储的控制程序执行计算和处理。电机35、阀41、51和52、送风机和空气混合门18连接到控制器100的输出侧，并且被控制器100控制。
控制板(未图示)设置在乘客室中的仪器板的附近，并具有各种开关。多种信号通过形成的开关输入到控制器100。例如，这些开关包括空调1的启动开关、自动模式开关、用于选择工作模式(例如冷却模式、加热模式、和除湿模式等)的开关。
控制器100具有通过控制电机35驱动磁制冷机3的驱动部分和通过控制阀41、51、52切换通道的切换部分。
冷却操作、加热操作或除湿操作通过空调1进行并且基于控制板的开关的操作通过控制器100控制。
例如，在冷却操作中，空气调节控制器100以通过控制第一阀41使第三热交换器6的发热入口61a与加热热交换器13的制冷剂出口13b连通的方式来控制高温回路4。此外，以通过控制第二阀51使第三阀52与低温容器31b的低温端口313的制冷剂出口313b连通的方式来控制低温回路5。此外，通过控制第三阀52使第二阀51与冷却热交换器12的制冷剂入口12a连通。
在加热操作中，空气调节控制器100以通过控制第一阀41使高温容器31a的制冷剂入口312a与加热热交换器13的制冷剂出口13b连通的方式来控制高温回路。此外，以通过控制第二阀51使第三热交换器6的吸热入口62a与低温容器31b的低温端口313的制冷剂出口313b连通的方式来控制低温回路5。此外，通过控制第三阀52使第二阀51与低温容器31b的低温端口313的制冷剂入口313a连通。
在除湿操作中，空气调节控制器100以通过控制第一阀41使高温容器31a的制冷剂入口312a与加热热交换器13的制冷剂出口13b连通的方式来控制高温回路4。此外，以通过控制第二阀51使第三阀52与低温容器31b的低温端口313的制冷剂出口313b连通的方式来控制低温回路5。此外，通过控制第三阀52使第二阀51与冷却热交换器12的制冷剂入口12a连通。
因此，在每个操作模式中，能够使用通过工作腔311的第一端部311a获得的热能和通过工作腔311的第二端部311b获得的冷能对乘客室进行空气调节。
下面将说明磁性工作元件30。
图4是显示容器31a，31b的一个工作腔311的径向剖视图，和图5是沿图4的线V-V的剖视图。
如图4和图5所示，工作腔311限定在保持部件33中，并且大数量的磁性工作元件30设置在工作腔311中。
如图4所示，相应的磁性工作元件30在热交换容器31的径向方向YY上延伸。该径向方向等于磁场方向YY，磁场沿该磁场方向YY通过磁场施加器32被施加到元件30。即，每个磁性工作元件30具有在磁场方向YY上延伸的柱状形状。
如图5所示，磁性工作元件30的截面形状是圆形的，在轴线方向XX上相同圆形截面形状连续。因为制冷剂沿轴线方向在两路上流动(往复运动)，因此该轴线方向XX等于往复方向XX。
此外，如图5所示，多个柱状磁性工作元件30以均匀节距在往复方向XX上排成一直线。在往复方向XX上彼此相邻定位的磁性工作元件30被相互连接并集合成在往复方向XX上延伸的线单元。
在一个工作腔311中，多个线单元30A在与往复方向XX和磁场方向YY垂直的排列方向上以预定间距排列。在本实施例中，所述排列方向对应于圆周方向。如图4和图5所示，制冷剂通道3111限定在在排列方向上彼此相邻定位的线单元30A之间，并且制冷剂在往复方向XX上沿制冷剂通道3111流动。
如图6所示，间隔器331在排列方向上设置在线单元30A之间。线单元30A具有在径向方向YY上的端部，并且间隔器331位于线单元30A的在排列方向上的端部之间。因此，间隔器331在线单元30A之间限定了预定间距，并且该预定间距在往复方向XX上延伸。此外，间隔器331设置在线单元30A和保持部件33的侧壁表面之间。
此外，如图5所示，以磁性工作元件30的轴向线在往复方向XX上具有大致相同的节距的方式限定线单元30A。即，轴向线之间的间距在往复方向XX上是均匀的。
此外，在排列方向上彼此相邻定位的线单元30A的位置在往复方向XX上偏错开大约半个间距，该间距限定在元件30的轴向线之间。
如图5所示，柱状元件30在往复方向XX上通过连接部301彼此连接。连接部301的位置在沿排列方向彼此相邻定位的线单元30A之间沿往复方向XX上偏错开大约半个前述间距，从而使得连接部301交替地位于沿排列方向彼此相邻定位的线单元30A之间。连接部301在排列方向上的尺寸小于线单元30A的除了连接部301之外的其它部分的尺寸。
因此，如图5所示，限定在彼此相邻定位的线单元30A之间的制冷剂通道3111稍微弯曲。因此，制冷剂通道3111在往复方向XX上以制冷剂通道3111在排列方向上的尺寸能够被制成几乎一致的方式延伸。
此外，连接部301的垂直于往复方向XX的截面面积小于其它部分的截面面积。因此，连接部301用作限制在往复方向XX上的热传递的限制部分。因此，能够限制从高温侧到低温侧的热传递。换言之，在线单元30A中，由于连接部301，热量难以从工作腔311的第一端部311a传递到工作腔311的第二端部311b。
下面将参照图7A、7B、7C和7D来说明制造线单元30A的实例性方法。
如图7A所示，具有磁热效应的原材料粉末填充到金属模具90中，并且执行烧结过程，例如，使用放电等离子，从而获得矩形平行六面体形状的锭30B，如图7B所示，锭30B被加工成预定形状，例如，使用线切割放电机器，如图7C所示。因此，能够获得图7D所示的线单元30A。
间隔器331插入线单元30A之间，如图6所示。线单元30A的在径向方向YY上的端部可以与间隔器331接合。因此，多个线单元30A被组合并被安装到保持部件33。
根据本实施例，柱状磁性工作元件30具有在磁场方向YY上延伸的轴向线。在往复方向XX上布置的多个元件30被集成为在往复方向XX上延伸的线单元30A。多个线单元30A在与磁场方向YY和往复方向XX垂直的排列方向上排列。由于泵34，制冷剂流动以在往复方向XX上往复运动，该往复方向XX大致垂直于磁场方向YY。
因此，磁性工作元件30和制冷剂之间的接触表面面积能够增加，从而使得便于在磁性工作元件30和热介质之间的热交换。此外，当磁场施加器32施加磁场到磁性工作元件30时磁阻能够被降低。因此，当施加磁场时产生的热量的增加和当磁场被去除时产生的热量的减少变得较大。
每个磁性工作元件30在柱状形状的轴线方向上连续地具有大致相同的圆形截面。因此，磁场能够通过磁场施加器32被均匀地施加到元件30。
每个线单元30A在制冷剂的往复方向XX上延伸。因此，制冷剂的流阻在工作腔311中能够变得相当小。
在排列方向上彼此相邻定位的线单元30A在往复方向XX上相互偏离开大约半个间距，该间距在元件30的轴向线之间。因此，在线单元30A之间的制冷剂通道3111在排列方向上的宽度能够在往复方向XX上变得几乎一致。通道3111在往复方向XX上以均匀宽度延伸。因此，制冷剂的流阻在工作腔311中能够变得相当小，即使当多个线单元30A排列在工作腔311中时。
多个元件30集成到线单元30A，使得线单元30A能够容易地设置在容器31a，31b中。此外，连接部301的截面面积小于其它部分的截面面积，并且连接部301用作限制热传递的限制部分。因此，能够限制热量从在第一端部311a中存储热能的元件30传递到在第二端部311b中存储冷能的元件30，即使当磁性工作元件30集成为线单元30A时。
根据本实施例，特性，例如压力损失和磁阻能够被改善。此外，与磁性工作元件具有在往复方向上延伸的薄板形状的情况相比，根据本实施例，热交换性能能够提高，并且能够限制在往复方向上的热传递。
本公开不局限于前述实施例。
磁性工作元件30的形状不局限于前述说明。例如，如图8所示，元件30可以集成为作为变化例的单元30C。在单元30C中，元件30具有与磁场方向YY垂直的方形截面。可选地，如图9所示，元件30可以集成为作为变化例的单元30D。在单元30D中，元件30具有与磁场方向YY垂直的半圆形截面。
此外，在图10所示的变化例中，多个性工作元件30E在往复方向XX上相互分离。
在该情况中，制冷剂通道3112限制在沿往复方向XX彼此相邻定位的多个磁性工作元件30E之间，并且能够作为限制热传递的限制部分。因此，制冷剂通道3112限制从在第一端部311a上存储热能的磁性工作元件30E到在第二端部311b上存储冷能的磁性工作元件30E的热传递。
磁性工作元件30不局限于在轴向方向上具有相同截面形状的柱状形状。例如，磁性工作元件30可以是在轴向方向上中心部分的直径大于两端的腰部加宽的柱状形状，或者是在轴向方向上中心部分的直径小于两端的腰部收缩的柱状形状。此外，磁性工作元件30可以具有在轴向方向上截面从第一端向第二端逐渐变化的锥形形状。
此外，线单元30A不局限于在往复方向XX上延伸。例如，如图11所示，线单元30A可以在与往复方向XX相交的方向上延伸。在该情况中，制冷剂通道3111在与往复方向XX相交的方向上延伸，并且能够便于在磁性工作元件30和制冷剂之间的热交换。
在本实施例中，间隔器331插入线单元30A之间，以在与往复方向XX和磁场方向YY垂直的排列方向上限定预定间距。可选地，如图12所示，在保持部件33的壁部中限定沟槽332，并且元件30的轴向端装配到沟槽332中。在该情况中，线单元30A能够在排列方向上通过预定间距设置。
往复方向XX和磁场方向YY不局限于彼此垂直，也可以是彼此相交。
磁场可以通过电磁铁产生，而不是永磁铁323，通过给电磁铁施加电力产生磁场。
在前述实施例中，高温制冷剂的热量通过从第一端部311a循环通过加热热交换器13被发散到外部流体，并且低温制冷剂通过从第二端部311b循环通过冷却热交换器12从外部流体吸收热量。可选地，在第一端部311a和第二端部311b中，热交换可以在热介质和外部流体之间直接进行。
这些变化和修改应当被理解成在所附权利要求限定的本公开的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种磁热泵设备，包括：
容器(31)，所述容器(31)限定工作腔(311)，热介质在该工作腔的第一端部(311a)和第二端部(311b)之间沿往复方向(XX)往复运动；
磁性工作元件(30)，由具有磁热效应的磁性工作物质制成，所述磁性工作元件(30)设置在所述工作腔中并且位于所述第一端部和所述第二端部之间；
磁场施加器(32)，所述磁场施加器(32)在与所述往复方向相交的磁场方向(YY)上交替地施加磁场到磁性工作元件和从磁性工作元件去除磁场；
输送装置(34)，所述输送装置(34)与磁场的施加和去除同步地输送热介质；
发热部分(13)，所述发热部分(13)将与所述第一端部相邻定位的热介质的热量发散到外部；和
吸热部分(12)，所述吸热部分(12)将外部热量吸收到与所述第二端部相邻定位的热介质中，其中
所述磁性工作元件是设置在工作腔中的多个磁性工作元件中的一个，并且
所述多个磁性工作元件中的每个具有在所述磁场方向上延伸的柱状形状。
2.根据权利要求1所述的磁热泵设备，其中
所述多个磁性工作元件中的每个在所述柱状形状的轴线方向上连续地具有大致相同的横截面。
3.根据权利要求1或2所述的磁热泵设备，其中
所述多个磁性工作元件沿所述往复方向布置。
4.根据权利要求3所述的磁热泵设备，还包括：
限制部分(301，3112)，所述限制部分(301，3112)设置在在往复方向上彼此相邻定位的磁性工作元件之间，其中
所述限制部分限制在所述往复方向上的热传递。
5.根据权利要求4所述的磁热泵设备，其中
在所述往复方向上彼此相邻定位的多个磁性工作元件被相互整体地连接成一个单元(30A，30C，30D)，
所述限制部分具有与所述往复方向垂直的截面区域，并且所述限制部分的所述截面区域小于所述单元的除了所述限制部分之外的其它部分的截面区域，并且
所述限制部分通过连接部(301)限定，所述多个磁性工作元件通过该连接部(301)被相互整体地连接。
6.根据权利要求5所述的磁热泵设备，其中
在所述往复方向上布置的多个磁性工作元件限定在所述往复方向上延伸的线单元(30A)，并且多个磁性工作元件的轴向线之间的间距在往复方向上是均匀的，
所述线单元(30A)是在与所述往复方向和所述轴向线垂直的排列方向上以间隔(3111)排列的多个线单元中的一个，并且
在所述排列方向上彼此相邻定位的线单元的位置在所述往复方向上相互错开半个所述间距。
7.根据权利要求4所述的磁热泵设备，其中
在所述往复方向上布置的多个磁性工作元件(30E)在所述往复方向上彼此间隔开，并且
所述限制部分用热介质流过的通道(3112)限定，所述通道限定在在往复方向上彼此相邻定位的多个磁性工作元件之间。
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