CN105408702A

CN105408702A - 使用磁致热材料的可变热泵

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Publication number: CN105408702A
Application number: CN201480042047.2A
Authority: CN
Inventors: M.A.贝内迪特
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Haier Solutions Ltd
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: WO2015012975A1; AU2014293565B2; CA2919117C; US20150027133A1; AU2014293565A1; EP3025105A1; EP3025105B1; CA2919117A1; CN105408702B; KR20160034995A; KR102217279B1; US9377221B2

Abstract

提供了一种热泵系统，其使用具有不同居里温度范围的MCM的多个级。使用可调节的流体流动路径，由此热传递流体行进穿过的级的数量可取决于例如所需的加热或冷却的量而变化。在某些实施例中，用于激活MCM的磁场可被操纵，以便也调节被激活的MCM的级的数量。这些和其他特征可提高热泵的操作效率。

Description

使用磁致热材料的可变热泵

技术领域

本公开的主题大体上涉及热泵，该热泵可以基于所需的热传递的量来可变地采用磁致热材料。

背景技术

常规的制冷技术通常采用热泵，该热泵依靠于流体制冷剂的压缩和膨胀来以循环的方式接收和发射热，以便实现期望的温度变化，或者，即，将热能从一个位置传递到另一个。该循环可用于提供例如热从制冷隔室的接收，和此种热到隔室外部的环境或位置的发射。其他应用包括居住结构或者商业结构的空气调节(加热或冷却)。已开发了可与此种系统中的热泵一起使用的多种不同的流体制冷剂。

这些常规的热泵系统存在一些难题。虽然已作出了改进，但顶多依赖于流体制冷剂的压缩的热泵系统仍可仅在最大理论卡诺循环效率的大约百分之45或更少下操作。而且，一些流体制冷剂已由于环境顾虑而停用。一些此种基于制冷剂的系统可在其内操作的周围温度范围对于一些位置而言可能是不可实施的。使用流体制冷剂的热泵存在的其他难题也存在。

磁致热材料(MCM)，即，呈现磁致热效应的材料，为热泵应用提供流体制冷剂的可能的备选方案。大体而言，正常MCM的磁矩将在增大的、在外部施加的磁场下变得更有序，且导致MCM生成热。相反，降低在外部施加的磁场将允许MCM的磁矩变得更无序，且允许MCM吸收热。一些MCM呈现相反的特性，即，当移除磁场时生成热，且当被放置到磁场中时变得更冷。该之后的类型可称为逆磁致热材料或超磁致热材料(para-magnetocaloricmaterial)。正常和逆MCM在本文中共同地称为磁致热材料或MCM。基于MCM的制冷循环的理论卡诺循环效率的可实现的百分比可显著高于基于流体制冷剂的类似制冷循环。因此，可有效地使用MCM的热泵系统将是有用的。

MCM的实用且有成本竞争力的应用然而存在难题。除了适合的MCM的开发之外，仍然需要具有吸引力地利用MCM的设备。例如，热泵可能需要的周围状态可显著地变化。例如，对于放置在车库中或者位于无空气调节空间中的制冷器具而言，周围空气的范围可从低于冰点到高于90℉。一些MCM仅在与此种周围状态存在的相比窄得多的温度范围内能够接受且生成热。而且，不同的MCM可在不同温度下更显著地呈现磁致热效应。

如在下面进一步描述的，用于提供在例如制冷机应用中需要的冷却的一种途径可以是使用热泵，该热泵具有多种不同MCM(它们具有不同的反应温度)，但以提供所需的总体温度变化的方式使用。然而，由于例如制冷机的内容物在温度方面降低，故使用所有这些不同的MCM可能是低效的。例如，在热泵利用行进穿过MCM的流体以用于热交换的情况下，与使该流体行进穿过所有MCM相关的压力下降当在热泵的操作的不同阶段需要MCM的仅一部分时表现出低效。作为另外的示例，由于用于施加磁场的能量，在热泵操作时使所有的不同MCM始终经受磁场也可能是不必要且因此低效的，

因此，可解决这种难题的热泵系统，诸如上面指出的那些，将是有用的。还可用在例如制冷器具中的此种热泵系统也将是有用的。

发明内容

本发明提供了一种热泵系统，其使用具有不同居里温度范围的MCM的多个级。使用可调节的流体流动路径，由此热传递流体行进穿过的级的数量可取决于例如所需的加热或冷却的量而变化。在某些实施例中，用于激活MCM的磁场可被操纵，以便也调节被激活的MCM的级的数量。这些和其他特征可提高热泵的操作效率。本发明的额外的方面和优点将在下列描述中部分地示出，或可从描述变得明显，或通过本发明的实施而习得。

在一个示范实施例中，本发明提供热泵，该热泵包括沿预定方向顺序地布置的多个级。级中的各个包括具有居里温度范围的磁致热材料。级布置成以便该多个级的居里温度范围沿该预定方向增大。提供通过热泵的可调节的热传递流体流动路径。该流体流动路径构造成以便热传递流体行进通过的级的数量是可调节的。磁性装置定位为接近该多个级。该磁性装置构造成使该多个级中的一个或更多个经受磁场。

在另一个示范方面中，本发明提供操作热泵的方法，该热泵包括沿预定方向顺序地布置的多个级。级中的各个包括具有居里温度范围的磁致热材料。级布置成以便该多个级的居里温度范围沿该预定方向增大。该方法包括以下步骤：将流体的流动引导通过该多个级；通过改变流体的流动路径来调节流体流动通过的级的数量；和使级循环到磁场中和磁场外，以便在流体与级中的一个或更多个之间交换热。调节的步骤改变在级与流体之间交换的热的量。

在又另一示范实施例中，本发明提供热泵系统。热泵系统包括再生器，该再生器限定周向方向，且能够围绕轴向方向旋转，该轴向方向在该再生器的第一端和第二端之间延伸。该再生器包括多个腔，其中各腔沿轴向方向纵向地延伸，具有第一端处的开口，且具有第一孔口，该第一孔口沿各腔的径向最外表面定位。多个腔沿周向方向布置在彼此附近。

提供多个工作单元，其中各工作单元定位在多个腔中的一个内，且沿轴向方向延伸。各工作单元包括沿轴向方向顺序地布置的多个级。各级包括具有居里温度范围的磁致热材料。多个级布置成以便该多个级的居里温度范围沿该轴向方向增大。

阀附接至该再生器的第一端。阀包括多个孔口，该多个孔口沿周向方向与彼此间隔开，其中各孔口定位为接近该多个腔中的一个的开口中的一个。外罩限定内部，该再生器被可旋转地接收在该内部中。外罩和再生器能够沿轴向方向相对于彼此移动。外罩限定以相反的方式定位的一对第二孔口。该对第二孔口构造成用于在该再生器相对于外罩旋转时，与多个腔的第一孔口选择性地对齐。

磁性装置定位为靠近再生器且沿轴向方向延伸。磁性装置定位为以便在再生器围绕轴向方向旋转时，多个工作单元中的一个或更多个移动到磁场中和磁场外。密封件定位为接近阀，且构造为使得再生器和阀能够相对于密封件旋转。该密封件包括一对端口，该对端口相对于彼此以相反的方式定位，且还定位为以便在再生器围绕轴向方向旋转时，各端口可与多个腔的开口中的至少一个选择性地对齐。

通过参照下列描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并组成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明一起用来说明本发明的原理。

附图说明

对于本领域技术人员而言，本发明的完整和可实践的公开，包括其最佳模式，在参照附图的说明书中阐述，在附图中：

图1提供本发明的制冷器具的示范实施例。

图2是本发明的示范热泵系统的示意例示，其位于具有机械隔室和至少一个制冷隔室的示范制冷机中。

图3是热泵的示范实施例的多个级(例如，工作单元)的使用中的各种步骤的示意性图示。

图4是与在下面进一步说明的MCM的若干级有关的某些数据的标图。

图5是热泵的另一示范实施例的多个级(例如，工作单元)的使用中的各种步骤的示意性图示。

图6是本发明的热泵的示范实施例的透视图。

图7是图6中示出的热泵的示范实施例的分解图。

图8是图6的示范热泵的截面图。

图9是图6的示范热泵的另一透视图。

具体实施方式

现在将详细地参照在附图中示出一个或更多个实例的本发明的实施例。各实施例作为本发明的解释，而非本发明的限制来提供。事实上，在本发明中可进行各种更改和变化而不脱离本发明的精神或范畴这点对于本领域专业人员将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生进一步的实施例。因此，意图当更改和变化在所附权利要求和它们的等同物的范围内时，本发明覆盖这种更改和变化。

现在参考图1，器具制冷机10的示范实施例描绘为直立的制冷机，其具有限定多个内部储存隔室或冷藏腔的柜或壳体12。具体而言，制冷机器具10包括具有门16的上新鲜食物隔室14，和具有上抽屉20和下抽屉22的下冷冻隔室18。抽屉20、22是“拉出”型抽屉，因为它们可被依靠合适的滑动机构而手动地移动到冷冻隔室18中和移动到其外。

制冷机10仅是作为示例提供的。用于制冷机器具的其他构造也可使用，包括仅具有冷冻隔室、仅具有冷藏隔室、或与图1中所示的不同的它们的其他组合的器具。此外，本发明的热泵和热泵系统不限于器具，且也可用在其他应用中，诸如例如空气调节、电子冷却装置等。因此，应当理解的是，虽然在本文中作为示例提供了热泵在制冷机内提供冷却的用途，但本发明还可用于其他应用中，以也提供加热和/或冷却。

图2是包括制冷隔室30和机械隔室40的制冷机器具10的另一示范实施例的示意图。具体而言，机械隔室30包括本发明的示范热泵系统52，其具有位于制冷隔室30中的第一热交换器32以用于从其移除热。在第一热交换器32内流动的热传递流体，诸如例如水性溶液从制冷隔室30接收热，从而冷却其内容物。风扇38可用于提供跨过第一热交换器32的空气流动，以提高从制冷隔室30的热传递的速率。

热传递流体通过线路44流出第一热交换器32到热泵100。如将在本文中进一步描述的那样，热传递流体接收与在热泵100中由MCM提供的磁致热效应相关的额外的热，且通过线路48将该热运送至泵42且然后运送至第二热交换器34。热被利用第二热交换器34释放至环境、机械隔室40、和/或制冷隔室30外部的其他位置。风扇36可用于提供跨过第二热交换器34的空气流，且从而提高对环境的热传递速率。联接至线路48中的泵42导致热传递流体在热泵系统52中再流通。马达28与热泵100机械地连通，如将进一步描述的。

从第二热交换器34，热传递流体通过线路50返回至热泵100，在此，如下面将进一步描述的，由于磁致热效应，热传递流体在热泵100中将热损失至MCM。此时更冷的热传递流体通过线路46流至第一热交换器32，以接收来自制冷隔室30的热，且重复刚描述的循环。

热泵系统52仅是作为示例提供的。还可使用热泵系统52的其他构造。例如，线路44、46、和50提供热泵系统52的各种构件之间的流体连通，但还可采用具有不同线路和连接的其他热传递再流通环路。例如，泵42还可位于系统52中的其他位置处或其他线路上。还可使用热泵系统52的更多其他构造。

图3提供本发明的示范热泵100的工作单元112的示范使用方法中的各种步骤的示意图示。各工作单元112设有为不同MCM的多个级152、154、156、158、160、和162，它们沿预定方向，即，在该示范实施例中沿轴向方向A-A顺序地布置。该多个级沿预定方向的布置在下面进一步论述。

在步骤200期间，工作单元112完全在由磁体130形成的磁场M内，这导致材料的磁矩定向，且MCM作为磁致热效应的一部分而发热(当使用正常MCM时)。在步骤200期间，没有热传递流体行进通过工作单元112。在步骤202中，热传递流体沿由箭头F指示的热传递流体流动路径行进通过工作单元112的多个级中的各个。如在图3中指示的，离开工作单元112的热传递流体由级152至162中的一个或更多个中由MCM加热，且带有比当其进入时(由Q_H-IN指示)多的热能(以Q_H-OUT)从工作单元112离开。

在步骤204期间，工作单元12完全地或基本上循环到磁场M外。磁场的不存在或减少使得多个级152至162中的一个或更多个中的MCM的磁矩变得无序，且MCM作为正常MCM的磁致热效应的一部分而吸收热。在步骤204期间，没有通过该多个级的热传递流体的流动。现在参照步骤206，现在允许热传递流体沿由箭头F指出的热传递流体流动路径流过多个级152至162。离开工作单元112的热传递流体由级152至162中的一个或更多个中由MCM加热，且带有比当其进入时(由Q_C-IN指示)少的热能(以Q_C-OUT指示)从工作单元112离开。

工作单元112包括MCM，MCM具有各MCM在其内呈现磁致热效应的例如不同温度范围。作为示例，器具10可用在周围温度大范围变化的应用中。然而，特定的MCM可仅在窄得多的温度范围上呈现磁致热效应。因此，可能合乎需要的是在热泵100中使用多种MCM，以适应可在其内使用器具10和/或热泵100的大范围的周围温度。

因此，如图3所示，各工作单元112设有为不同MCM的多个级152、154、156、158、160、和162，它们沿预定方向，即，在该示范实施例中沿轴向方向A-A顺序地布置。各个此种级包括MCM，MCM在与沿轴向方向A-A相邻的级不同的温度或不同的温度范围下呈现磁致热效应。各级中的MCM(正常的或逆的)在其内呈现期望的磁致热反应以提供加热或冷却的温度范围在本文中称为“居里温度范围”。

级可布置成以便例如多个级的居里温度范围沿预定方向诸如轴向方向A-A增大。例如，级152可在比级154呈现磁致热效应的温度(其可小于级156的此种温度)低的温度下呈现磁致热效应，诸如此类。也可使用其他构造。通过构造MCM的级的适合的数量和顺序，热泵100可在大范围的周围温度内操作。

在一个示范实施例中，级152、154、156、158、160、和162的居里温度范围也被选择为重叠，以便有助于沿方向HT的热传递。例如，在图3所示的实施例中，级162可具有20℃至10℃的居里温度范围；级160可具有17.5℃至7.5℃的居里温度范围；级158可具有15℃到5℃的居里温度范围；级156可具有12.5℃到2.5℃的居里温度范围；级154可具有10℃至0℃的居里温度范围；且级152可具有5℃至-2的居里温度范围。这些范围是作为示例提供的；其他居里温度范围也可使用在本发明的更多其他示范实施例中。

如所述的，MCM的不同类型或例如合金可具有不同的居里温度范围，在这些居里温度范围内，MCM将显著地呈现磁致热效应。此外，磁致热效应的大小对于不同的MCM也可不同。例如，图4提供了作为操作温度T的函数的，根据不同MCM的材料的单位的温度变化量(ΔT/MCM)。如图所示，对于这些特定的MCM，各级MCM可提供的温度变化量随着温度而降低。而且，可从给定的级获得的磁致热效应的量还取决于施加于MCM的磁场的强度(即，磁通量的量)。在给定的MCM的情况下，例如，在磁通量的大小减小的时候，磁致热效应的大小将更小。

在具有如图3所示的级152、154、156、158、160、和162的热泵100的操作期间，具有更高的居里温度范围的级变得更不重要，因为例如发生冷却且制冷机的隔室接近0℃。在温度降低时，具有更低的居里温度范围的级(例如，级152和154)提供维持期望的温度所需的冷却。然而，对于图3的示范实施例，由箭头F指示的热传递流体流动路径通过全部级，且以压力下降的形式消耗能量，因为热传递流体被促使流动通过各级中的MCM。因而，取决于各级中的MCM的构造，此种热传递流体流动路径(箭头F)可能是低效的，例如由于与将热传递路径泵送通过所有级152至162(而非仅提供期望热传递的级)相关的压力下降，此外，额外的低效来自与使包括更高的居里温度范围(例如160和162)的所有的级152至162，而非仅是提供期望热传递的那些级，循环通过磁场M相关的功率损失。

因此，热泵100设有可调节的流体流动路径，该可调节的流体流动路径构造成以便热传递流体行进通过的级的数量是可调节的，例如，基于哪些级是在热泵100的使用期间的任何特定时间需要的。图5阐述了图3中的步骤200、202、204、和206中的相同示范方法。然而，在图5的示范方法中，流体流动路径F被调节，以便热传递流体流动通过该多个级152至162中的少于全部。在该示例中，在步骤202期间，热传递流体沿由箭头F示出的调节的流体流动路径流动，以从热泵100的工作单元112移除热。如所指示的，该可调节的流体流动路径仅包括级152、154、156、和158。类似地，在步骤206期间，热传递流体沿由箭头F示出的调节的流体流动路径流动，以从热传递流体移除热，且将此种热传递至级152、154、156、和158。

级152、154、156、和158可从多个级选择，这取决于例如对热传递流体期望的总体温度变化、周围温度状态、各级中使用的MCM的特性、和/或在使用热泵100期间各种级处进入和离开工作单元112的热传递流体的温度。级152、154、156、和158仅是作为示例使用的。作为另外的示例，该流体流动路径可包括级152至162中的仅一个，、此种级中的任何连续的子组、或者全部。在级被循环到磁场M中和磁场M外时，级的数量在热泵100的操作期间可连续地调节。

而且，如图5所示，磁场M可被调节，以便改变经受此种磁场的级的数量。例如，在步骤200和202中，磁体130已被移位，以使级152、154、156、和158循环至磁场M，同时对级160和162减小或消除磁场M。

图6、7、8、和9描绘本发明的另一示范热泵100的各种示图。热泵100包括再生器102，该再生器102沿轴向方向A-A在第一端118与第二端120之间纵向地延伸。轴向方向由轴线A-A限定，再生器102围绕轴线A-A旋转。径向方向R由从旋转轴线A-A正交地延伸的半径限定(图8)。周向方向由箭头C指示。

再生器102限定多个腔104，该多个腔104沿由轴线A-A限定的轴向方向纵向地延伸。腔104定位为沿周向方向C靠近或接近彼此。各腔104包括在再生器102的第一端118处的开口106。第一孔口108沿各腔104的预定方向或轴向方向A-A沿其径向最外表面109延伸(图6)。对于该示范实施例，第一孔口108构造为槽道。

热泵100还包括多个工作单元112，工作单元112各自包括以与图3的示范实施例类似的方式沿轴向方向A-A顺序地布置的MCM的多个级。各工作单元112位于腔104中的一个中，且沿轴向方向A-A延伸。对于图中所示的示范实施例，热泵100包括八个工作单元112，工作单元11如图所示地2沿周向方向C定位为接近彼此，且沿轴向方向A-A纵向地延伸。如本领域技术人员将通过使用在本文中公开的教导而理解的，还可使用八个之外的工作单元112的其他数量。

阀114附接至再生器102，且沿周向方向C与其一起旋转。更具体而言，阀114附接至第一端118且包括多个孔口122，该多个孔口122对于该示范实施例而言构造为沿周向方向C间隔开的周向地延伸的槽道122。

各孔口122位于腔104的相应开口106附近。因此，热传递流体可沿着流体流动路径，由此，流体通过相应的孔口122和开口106流到腔104中，以便流动通过工作单元112中的MCM的一个或更多个级。沿流体流动路径继续，流体然后可当相应的第一孔口108与由外罩146限定的第二孔口144或145中的一个对齐时通过相应的第一孔口108离开。该对第二孔口144和145如图所示以相反的方式定位在外罩146上。

再生器102被接收到由外罩146限定的内部116中。再生器102能够在外罩146内旋转。此外，外罩146和再生器102能够沿轴向方向A-A移动。在再生器102通过例如马达28(图2)的操作而被导致相对于外罩146旋转时，第二孔口144和145可与一对第一孔口108对齐。在旋转继续时，不同对的第一孔口108将与第二孔口144和145对齐，且诸如此类。

该对第二孔口144和145沿轴向方向A-A的相对于一对第一孔口108的位置可选择性地确定，以便调节热传递流体流动路径，且从而控制热传递流体行进通过的各工作单元112中的MCM的级的数量。更具体而言，通过调节第二孔口144和145与第一孔口108的对齐，可修改热传递流体沿流体流动路径行进通过的级的数量。例如，通过沿箭头I的方向滑动外罩146，流体流动路径可被调节，以便各工作单元112中的更少数量的MCM的级可被选择以用于热传递，因为它们被循环到磁场M中和循环出磁场M。沿轴向方向A在箭头I的方向上移动外罩146缩短开口106与第二孔口144和145之间的距离，从而缩短流体流动路径。相反，通过沿箭头O的方向滑动外罩，各工作单元112中的更大数量的MCM的级可被选择以用于热传递。沿箭头O的方向移动外罩146加长开口106与第二孔口144和145之间的距离，从而加长流体流动路径。反向流体流动路径可用于热传递流体沿相反方向流动通过给定腔104的工作单元112，如将进一步描述的。

制冷机102限定穴128，该穴128定位在多个腔104的径向内侧，且沿轴向方向A-A在第一端118与第二端120之间延伸。磁性装置126定位在穴128内，且对于该示范实施例而言，沿轴向方向A-A在第一端118与第二端120之间延伸。磁性装置126提供磁场M，该磁场M如由图8中的箭头M指示地径向朝外。

磁性装置126的定位和构造使得在再生器102在外罩146内旋转时，仅多个工作单元112中的子组(例如，一个、两个、或更多个)在任何一个时间在磁场M内或经受磁场M。例如，如图8中所示，工作单元112a和112e部分地在磁场内，而单元112b、112c、和112d完全在由磁性装置126形成的磁场M内。相反地，磁性装置126构造且定位为以便工作单元112f、112g、和112h完全地或者基本上在由磁性装置126形成的磁场外。然而，在再生器102沿由箭头W示出的周向方向C连续地旋转时，磁场内的工作单元112的子组将连续地变化，因为一些工作单元112将进入磁场M且其他工作单元将离开。

回到图7，密封件136提供且定位在再生器102的第一端118处。密封件136具有入口端口140和出口端口142，且定位为接近阀114。如图所示，端口140和142定位为关于第一密封件114的周向方向C间隔开180度。然而，可采用其他构造。例如，端口140和142还可关于周向方向C定位在大约170度至大约190度的范围内。阀114和再生器102能够相对于密封件136旋转。端口140和142分别与线路44和46连接(图1)。因此，再生器102围绕轴线A-A的旋转依次使线路44和46在任何一个时间与MCM的至少两个工作单元112流体地连通，如将进一步描述的。

第二孔口144和145分别与线路50和48(图1)流体连通。因此，再生器102围绕轴线A-A的旋转依次使线路48和50在任何一个时间与MCM的至少两个工作单元112流体地连通，如将进一步描述的。尤其是在再生器102的旋转期间的任何一个时间，线路46和50将各自与至少一个工作单元112流体地连通，而线路44和48也将与定位为沿周向方向远离大约180度的至少一个其他工作单元112流体地连通。

回到图3，现在描述使用图6、7、8、和9的热泵100的示范方法。图3描绘再生器102中的MCM的工作单元112在其如图9所示沿箭头W的方向在位置1至8之间旋转时的示意图示。在步骤200期间，工作单元112完全在磁场M内，这导致材料的磁矩定向，且MCM作为磁致热效应的一部分而发热(当使用正常MCM时)。在工作单元112顺序地旋转通过位置2、3，且然后4(图9)时，在再生器102沿箭头W的方向旋转时，形成且维持磁场的排序。在处于位置2、3、和4的时间期间，热传递流体停留在工作单元112的MCM中，且因此被加热。更具体而言，热传递流体不流过工作单元112，因为与位置2、3、和4中的工作单元112对应的开口106、108、122、和124不与端口140、142、144、或146中的任一者对齐。

在步骤202中，在再生器102继续沿箭头W的方向旋转时，工作单元112将最终到达位置5。如图6、8、和9中所示的，在位置5处，热传递流体可沿流体流动路径(箭头F)流动通过工作单元112中的MCM的一个或更多个级(级的数量将取决于外罩146沿轴向方向A-A的位置)，因为入口端口140此时与阀114中的开口122和工作单元112的第一端118处的开口106对齐，而第二孔口145与相同工作单元112的第一孔口108对齐。

如由图3中的箭头Q_H-OUT所指示的，当前由MCM加热的工作单元112中的热传递流体可从第二孔口145行进到再生器102外，且沿线路48行进到第二热交换器34。同时，且如由箭头Q_H-IN指示的，当工作单元112处于位置5时来自第一热交换器32的热传递流体从线路44流到工作单元112中。因为来自第一热交换器32的热传递流体比工作单元112中的MCM相对冷，所以MCM将使热损失到热传递流体。

再次参照图3和步骤204，在再生器102继续沿箭头W的方向旋转时，工作单元112顺序地移动通过位置6、7、和8，在此工作单元112完全地或者基本上在磁场M外。磁场的不存在或减少使得MCM的磁矩变得无序，且MCM作为正常MCM的磁致热效应的一部分而吸收热。在处于位置6、7、和8的时间期间，热传递流体停留在工作单元112的MCM中，且因此通过在磁矩无序时将热损失到MCM而被冷却。更具体而言，热传递流体不流过工作单元112，因为与当处于位置6、7和8中的工作单元112对应的开口106、108、122、和124不与端口140、142、144、或146中的任一者对齐。

参照图3的步骤206，在再生器102继续沿箭头W的方向旋转时，工作单元112将最终到达位置1。如图6、8、和9中所示，在位置1处，工作单元112中的热传递流体可流过MCM，因为第二孔口144此时与第一孔口108对齐，而出口端口142与第一阀114中的开口122和第一端118处的开口106对齐。如由图3和6中的箭头Q_C-OUT所指示的，当前由MCM冷却的工作单元112中的热传递流体可行进到再生器102外，且沿线路46行进到第一热交换器32。同时，且如由箭头Q_C-IN指示的，当工作单元112处于位置1时，来自第二热交换器34的热传递流体流动通过第二孔口144且从线路50流到工作单元112中。因为来自第二热交换器34的热传递流体比处于位置1的工作单元112中的MCM相对温暖，所以MCM将其热中的一部分损失到热传递流体。热传递流体此时沿线路46行进至第一热交换器32，以接收热和冷却制冷隔室30。

在制冷机102连续地旋转时，重复上述使各工作单元112循环和放置在磁场M中和磁场M外的过程。此外，磁场M和再生器102的大小使得多个工作单元112的子组在旋转期间的任何给定时间都在磁场内。类似地，多个工作单元112的子组在旋转期间的任何给定时间在磁场的外侧(或基本上在外侧)。在任何给定的时间，存在热传递流体流动通过的至少两个工作单元112，而其他工作单元112保持在停留模式(dwellmode)中。更具体而言，在一个工作单元112在位置5处通过热传递流体的流动而损失热时，另一工作单元112在位置1处从热传递流体接收热，而所有剩余的工作单元112处于停留模式中。因此，系统可被连续地操作，以提供热传递流体在热泵系统52中的连续的再流通，因为工作单元112各自顺序地旋转通过位置1至8。

如本领域技术人员将通过使用在本文中公开的教导而理解的，外罩102的工作单元的数量、阀114中的端口的数量、和/或其他参数可改变，以提供热泵100的不同构造，同时仍提供连续的操作。例如，阀114可设在两个入口端口和两个出口端口中，以便热传递流体在任何特定的时间点流动通过至少四个工作单元112。备选地，再生器102、阀114、和/或密封件136可构造为以便例如至少两个工作单元在任何一个时间与进口端口和出口端口流体地连通。也可使用其他构造。

虽然磁体130在一些图中示为用于形成磁场M，但还可利用其他磁性装置，包括例如电磁体。而且，第一孔口108示为槽道，而第二孔口144和145示为孔。将明白的是，第一孔口、第二孔口、和/或它们的组合可构造为孔或槽道。

本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包含本领域人员想到的其他示例。如果这种其他示例具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的文字语言无显著差别的等同结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

Claims

1.一种热泵，包括：

多个级，其沿预定方向顺序地布置，所述级中的各个包括具有居里温度范围的磁致热材料，所述级布置成以便所述多个级的居里温度范围沿所述预定方向增大；

通过所述热泵的可调节的热传递流体流动路径，该流体流动路径构造成以便热传递流体行进通过的级的数量是可调节的；和

磁性装置，其定位为接近所述多个级，所述磁性装置构造成使所述多个级中的一个或更多个经受磁场。

2.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述磁性装置构造成使得经受所述磁场的级的数量是可调节的。

3.根据权利要求2所述的热泵，其中，所述磁性装置能够沿所述预定方向移动，使得经受所述磁场的级的数量是可调节的。

4.根据权利要求1所述的热泵，还包括：

再生器，其容纳所述多个级，所述再生器限定沿所述流体流动路径的第一孔口；和

外罩，其容纳所述多个级和所述再生器，所述外罩限定与所述第一孔口对齐的第二孔口，其中，所述再生器和外罩能够沿所述预定方向相对于彼此移动，以便调节所述第一孔口与第二孔口之间的对齐且更改流体行进通过的级的数量。

5.根据权利要求4所述的热泵，其中，所述第一孔口、第二孔口、或二者构造为槽道，所述槽道沿所述预定方向纵向地延伸。

6.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述多个级的居里温度范围在沿所述预定方向相邻的级之间重叠。

7.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述磁性装置、所述多个级、或二者构造成用于使所述多个级在所述热泵的操作期间循环到所述磁场中和所述磁场外。

8.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述磁性装置包括电磁体。

9.一种制冷器具，其包括权利要求1的热泵。

10.一种操作热泵的方法，所述热泵具有沿预定方向顺序地布置的多个级，其中，所述级中的各个包括具有居里温度范围的磁致热材料，所述级布置成以便所述多个级的居里温度范围沿所述预定方向增大，所述方法包括以下步骤：

将流体的流动引导通过所述多个级；

通过改变所述流体的流动路径来调节所述流体流动通过的级的数量；和

使所述级循环到磁场中和磁场外，以便在流体与所述级中的一个或更多个之间交换热；

其中，调节的步骤改变在所述级与所述流体之间交换的热的量。

11.一种操作权利要求10中的热泵的方法，其中，所述调节步骤包括增大热传递流体流动通过的级的数量。

12.一种操作权利要求10中的热泵的方法，其中，所述调节步骤包括减少热传递流体流动通过的级的数量。

13.一种操作权利要求10中的热泵的方法，还包括改变经受所述磁场的级的数量的步骤。

14.一种热泵系统，包括：

再生器，其限定周向方向且能够围绕轴向方向旋转，所述轴向方向在所述再生器的第一端与第二端之间延伸，所述再生器包括多个腔，其中各腔沿所述轴向方向纵向地延伸，具有所述第一端处的开口，且具有沿各腔的径向最外表面定位的第一孔口，所述多个腔布置成沿所述周向方向靠近彼此；

多个工作单元，各工作单元定位在所述多个腔中的一个内，且沿所述轴向方向延伸，各工作单元包括沿所述轴向方向顺序地布置的多个级，各级包括具有居里温度范围的磁致热材料，所述多个级布置成以便所述多个级的居里温度范围沿所述轴向方向增大；

阀，其附接至所述再生器的第一端，所述阀包括沿所述周向方向与彼此间隔开的多个孔口，其中各孔口定位为接近所述多个腔中的一个的开口中的一个；

外罩，其限制供所述再生器可旋转地接收到其中的腔，所述外罩和再生器能够沿所述轴向方向相对于彼此移动，所述外罩限定以相反的方式定位的一对第二孔口，该对第二孔口构造成用于在所述再生器相对于所述外罩旋转时与所述多个腔的第一孔口选择性地对齐；

磁性装置，其定位为接近所述再生器且沿所述轴向方向延伸，所述磁性装置定位为以便所述多个工作单元中的一个或更多个在所述再生器围绕所述轴向方向旋转时被移动到所述磁场中和所述磁场外；

密封件，其定位为接近所述阀且构造为使得所述再生器和所述阀能够相对于所述密封件旋转，所述密封件包括一对端口，该对端口相对于彼此以相反的方式定位且还定位为以便在所述再生器围绕所述轴向方向旋转时，各端口可与所述多个腔的开口中的至少一个选择性地对齐。

15.根据权利要求14所述的热泵系统，其中，所述再生器限定径向方向且还包括穴，所述穴定位在所述多个腔的径向内侧，其中，所述磁性装置定位在所述再生器的穴内。

16.根据权利要求14所述的热泵系统，其中，所述磁性装置包括多个磁体，所述多个磁体以弧的形状布置且构造成基本上沿径向向外的方向投射磁场。

17.根据权利要求14所述的热泵系统，其中，所述多个级的居里温度范围在沿所述轴向方向相邻的级之间重叠。

18.根据权利要求14所述的热泵系统，其中，所述磁性装置包括电磁体。

19.一种制冷器具，其包括权利要求14的所述热泵系统。