CN105829813A - 热装置及其热交换优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热装置(10)，包括奇数N个封闭的初级回路(P10,i，N≥3，i∈[1,N])，每个初级回路包括串行连接到至少一个热交换区(E10)的至少两个输出点(A10,i、B10,i)，在热交换区中根据周期T的交替循环流通着初级流体，周期T包括T/2半周期的两个位移阶段，所述阶段的流量和体积相同但方向相反。初级流体的流通循环在所述初级回路(P10,i)中的各个初级回路之间相位偏移T/2N。所述交换区(E10)的输入以单向方式连接到每个初级回路的输出点之一，以及交换区的输出以单向方式连接到所述初级回路的其他输出点，以使得进入所述交换区(E10)的载热流体的流量之和总是大于零。本发明的目的还涉及这种热装置(10)的热交换的优化方法。

Description

热装置及其热交换优化方法
技术领域
本发明涉及一种热装置，包括奇数N个封闭的初级回路，每个回路包括串行连接到至少一个热交换区的至少两个输出点，在热交换区中流通着次级流体，操纵设备使称作初级流体的载热流体根据周期T的交替循环在所述初级回路中位移，周期T包括T/2半周期的两个位移阶段，所述阶段对应于初级流体的导致相同流量和体积曲线但相反方向的两个位移。
本发明还涉及热装置的热交换的优化方法。热装置包括奇数N个封闭的初级回路，每个回路包括串行连接到至少一个热交换区的至少两个输出点，在热交换区中流通着次级流体，所述方法包括使称作初级流体的载热流体根据周期T的交替循环在所述初级回路中移动，周期T包括两个T/2半周期的偏移阶段，所述阶段对应于初级流体的导致相同流量和体积轮廓但相反方向的两个位移。
背景技术
热装置应该能够与外部应用交换自己产生的热能。这样的交换通常通过优选地被设计为实现优化热交换的热交换器实现。在初级流体，也就是说运输由热装置产生的热能的载热流体根据往返交替运动而位移的热装置的情况下，在初级流体和称作次级流体的外部应用的流体之间的热交换效率由于初级流体的流通方向改变而成问题。实际上，初级流体的流通方向的这种反转一方面导致有时逆流有时顺流，另一方面导致初级流体在热交换器中的不恒定和断续，以及在初级回路的输入/输出的温度反转，以使得热交换不是最优的。
在本发明的意义上，初级流体的交替位移对应于具有规则流通方向的改变的位移，也就是说，具有往返的位移，这尤其是其中初级流体透过磁热材料沿着往返运动位移以便在磁热材料中建立热梯度的磁热式热装置的情况。
这些热装置利用某些材料的磁热效果(EMC)，这包括当这些材料经受磁场时温度的变化。在这样的装置中，磁热材料经受一系列磁化和消磁阶段并且与初级载热流体的热交换被实现以在这些材料内部达到尽可能宽的温度变化(温度梯度)。为此，初级流体的流通被交替并且该初级流体在透过磁热材料的通道或孔中流通。磁热循环包括两个阶段，即磁化阶段和消磁阶段，这表现为在每个阶段可用的能量。该循环被重复直到几赫兹的频率。在这些阶段期间，磁热材料被初级流体流遍，初级流体在所述磁化阶段时在接触材料之后变热，或者在所述消磁阶段在接触材料之后冷却。
因此，在具有交替初级流量的热装置中，与次级流体的热交换强烈依赖于流通方向的改变频率以及初级流体的温度。该现象在磁热式热装置中被放大，在磁热式热装置中，位移的初级载热流体或者与经受加热的磁热材料热交换，或者与经受冷却的磁热材料进行热交换。鉴于初级流体进行往复，在流通方向每次改变时在热交换器中存在初级流体的位移停止时间。这些停止时间对于热交换器的效率有负面影响，这是因为位移的持久机制尚未建立并且交换器中的热交换不稳定，使得环境温度的影响被增大并且导致热损失。
为了最优地利用热装置的能力，因此必须使初级回路和次级回路之间的热交换的特征被改进、优化并且尽可能恒定。如上所述，热装置的初级回路与次级回路的热交换在使用初级流体的交替且不连续顺次位移的初级回路的情况下是成问题的。
发明内容
本发明旨在通过提出以下热装置来克服这些缺陷：在该热装置中，通过限制热交换区中的初级回路的流量变化以尽可能地减少热交换器中的停滞时间，来优化在初级回路和一个或多个外部应用的次级回路之间的热能传递。
为此，本发明涉及一种在开始部分指出类型的热装置，该热装置的特征在于，操纵装置被布置为使得初级流体的循环的开始在所述初级回路中的各个初级回路之间相位偏移T/2N，所述交换区的输入以单向方式连接到包括所述初级回路的第一组输出点的第一集合，离开第一组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间相位偏移T/N，以及交换区的输出以单向方式连接到包括所述初级回路的第二组输出点的第二集合，离开第二组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间也相位偏移T/N并且相对于离开所述第一集合的输出点的初级流体的流量的分量相位偏移T/2，以使得第一集合的进入所述交换区的载热流体的流量之和总是大于零。
这样的测量允许保证初级流体在热交换器中总是处于运动状态，并且因此趋向于尽可能稳定的初级流体的流量，并且因此趋向于使初级流体和次级流体之间的热交换优化的建立的动态。
输出点的第一集合可包括所述初级回路中的每个初级回路的输出点之一并且输出点的第二集合可包括其他输出点。
为了实现输出点和对应的交换区之间的单向流体连接，逆流防止阀类型的控制设备或实现相同功能的任何其他类似设备可以集成到保证流体连接的管道中，所述相同功能即是使流体在唯一方向通过，并且防止流体在相反方向上流通，例如电气控制或者通过压力差控制的液压阀。因此，根据初级流体的流通方向，在T/2半周期期间，初级流体应能够在给定连接中流通并且在其他半周期期间，不存在在所述连接中的流体的位移。
为了在初级流体的位移的整个周期上实现热交换，该热装置还可包括交换区，交换区的输出以单向方式连接到第一集合的输出点并且交换区的输入以单向方式连接到第二集合的输出点。
根据第一变型，所述初级回路可在所述交换区中的公共管道中汇聚。
根据另一变型，所述初级回路可被连接到所述交换区中的不同管道。
为了优化该装置的效率，所述交换区可以被布置为使得所述初级流体和次级流体彼此相反地位移。
初级回路中的初级流体的操纵设备可包括使活塞位移的控制凸轮，并且所述凸轮的轮廓可使得在每个初级回路中确定沿着周期T的周期性运动的载热流体的位移。
优选地，凸轮的轮廓可以确定活塞的位移以使得初级流体在所述初级回路中根据以下相继地位移：
i)在对应于T/2N的时段上线性增大的正流量，
ii)然后在对应于(N-2)T/2N的时段上恒定的正流量，
iii)然后在对应于T/2N的时段上线性减小的正流量，
iv)然后在对应于T/2N的时段上线性减小的负流量，
v)然后在对应于(N-2)T/2N的时段上恒定的负流量，
vi)然后在对应于T/2N的时段上线性增大的负流量。
这样的流量曲线允许获得交换区中的初级流体的恒定流量。
此外，根据本发明的装置在包括奇数个初级回路时在交换区具有改进的效率。优选地，该装置可因此包括三个初级回路。
根据本发明的热装置的初级回路中的每一个都可包括四个输出点，这四个输出点通过至少两个交换区两两连接。该热装置可包括四个输出点，这四个输出点通过至少两个交换区两两连接。
初级回路中的初级流体的操纵设备可包括使活塞位移的至少一个控制凸轮，并且所述凸轮可包括被布置为在每个初级回路中确定沿着周期T的周期性交替运动的初级流体的位移的轮廓。
每个初级回路还可包括被所述初级流体逐个部分地穿过的至少一个磁热部件，并且所述热装置可包括磁性布置，磁性布置被布置为使所述磁热部件交替地经受磁场的变化并且在所述磁热部件中交替地产生加热阶段和制冷阶段。
本发明的目的还有一种如在开始部分描述的优化热交换的方法，其特征在于，该方法还包括使得初级流体的循环的开始在所述初级回路中的各个初级回路之间相位偏移T/2N，使所述交换区的输入以单向方式连接到包括所述初级回路的第一组输出点的第一集合，离开第一组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间相位偏移T/N，以及使交换区的输出以单向方式连接到包括所述初级回路的第二组输出点的第二集合，离开第二组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间也相位偏移T/N并且相对于离开所述第一集合的输出点的初级流体的流量的分量相位偏移T/2，以使得第一集合的进入所述交换区的载热流体的流量之和总是大于零。
该方法可尤其包括优化根据本发明所述的热装置的热交换。
附图说明
参照附图，对以示例而非限制方式给出的多个实施变型的以下描述，本发明及其优点变得清楚，在附图中：
－图1是示出根据本发明的热装置的三个初级回路以及允许与次级回路进行热交换的交换区域；
－图2示出在图1的三个初级回路中的在对应于6秒的周期T上的初级流体的流量；
－图3示出在6秒的周期T上离开图1的初级回路的三个输出点的初级流体流量的正分量；
－图4示出在6秒的周期T上离开图1的初级回路的连接到交换区的三个其他输出点的初级流体的正分量；
－图5是指示在周期T上离开不同输出点的流量的正分量以及用于三个输出点的对应流量之和的表；
－图6是根据本发明的变型的其中实现有交换区的热装置的示意图；
－图7是其中初级回路连接到两个交换区的根据本发明的热装置的示意图；
－图8示意性示出根据本发明的热装置的初级回路，包括连接到两个交换区的四个端子；以及
－图9示出根据图1所示的变型所实现的热装置。
具体实施方式
在所示的实施例中，相同的部件或部分带有相同的附图标记。
本发明不限于特定类型的热装置。本发明涉及包括称作初级流体的载热流体的任何热装置，初级流体沿着交替运动位移以便运输由热装置产生的热能来通过热交换把热能传递给称作次级流体的另一载热流体。优选地，初级流体和次级流体是液体。此外，初级流体优选地是不可压缩的并且次级流体优选地被泵或任何其他类似设备连续地位移，以便冷却、加热或缓和外部应用。
所示的热装置10、20、30、40包括标记为G10、G20、G30、G40的装置芯部，芯部包括至少三个初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i，在初级回路中沿着交替或双向位移流通称作初级流体的载热流体。正是在装置的芯部G10、G20、G30、G40中产生热能。初级流体在初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i中在两个相反的流通方向上进行相继的往返移动。该往返移动可以例如通过借助控制凸轮C10的轮廓而位移的活塞P来获得。这样的活塞可以是刚性的或可变形的，如膜。当然，可以使用能够使初级流体位移的任何其他装置。此外，活塞或类似物的位移可以被被操纵设备控制，操纵设备可以是凸轮、磁性设备、线性电机或能够使所述活塞沿着往返运动位移的任何其他等效装置。
在图1的示意图以及其他示意图中，初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i极其示意地示出。这些回路尤其可以包括未示出的其他部件，例如接头、管、流体扩散或分布系统，等。优选地，初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i是封闭的并且有恒定体积。
附图的箭头示出根据图4的流程图在给定时刻在热装置10、20、30、40中初级流体和次级流体的流通方向。
在每个初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i中，初级流体沿着周期T的相同往返交替运动位移。该交替运动可以在可能的情况下包括一个或多个停止时间，在停止时间期间初级流体不位移。载热流体的位移在每个初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i中沿着相同的运动进行，该位移包括在周期T的一半中在一个方向上位移以及在周期T的另一半期间在相反方向上位移。尽管初级流体的流量曲线在所有初级回路中是相同的，但在各回路之间相位偏移T/2N个周期，N是初级回路的数量。此外，每个初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i包括至少两个输出点，这些输出点之间在所述输出点A10,1、A10,2、A10,3、B10,1、B10,2、B10,3；A20,1、A20,2、A20,3、B20,1、B20,2、B20,3；A30,1、A30,2、A30,3、B30,1、B30,2、B30,3；A40,1、A40,2、A40,3、B40,1、B40,2、B40,3；A’40,1、A’40,2、A’40,3、B’40,1、B40,2、B’40,3处通过至少一个热交换区E10、E20、E30,1、E30,2、E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2连接。在初级回路的输出点和交换区的输入之间以及在交换区的输出和初级回路的输出点之间的流体连接是单向的。为此，与交换区的输入之间的流体连接包括仅准许流体从初级回路的对应输出点通向对应的输入的装置，与交换区的输出之间的流体连接包括仅准许流体从交换区的输出通向初级回路的对应输出点的装置。控制初级流体的流通方向的这样的装置可以例如由逆流防止阀或类似物构成。
初级流体的位移是沿着在周期T上的往返运动实现的，以使得来自初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i的初级流体仅在T/2半周期上能够被引向交换区E10、E20、E30,1、E30,2、E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2，在该半周期期间初级流体的流量曲线的在对应输出点的输出分量是正的并且前提是与交换区的流体连接在该方向上是可以的。逆流防止阀或允许使流体仅在预定方向上位移时通过导管的任何其他装置的存在，允许使预对应交换区的流体连接可能或不可能。离开彼此通过交换区连接的输出点的初级流体的流量曲线的分量因此相位偏移T/2N。
离开一个输出点的初级流体的分量因此在初级流体的两个位移阶段之一期间为零，并且相对于离开与该输出点经由交换区连接的另一输出点的初级流体的流量的分量而言相位偏移T/2。
如已经指出的那样，根据本发明的热装置10、20、30、40的初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i在它们之间具有T/2N的相位偏移，这涉及初级流体的位移或驱动。这尤其在图2可见，图2示出在包括三个初级回路P10,i、P20,i、P30,i的热装置(如图1示意所示那样)中，在对应于6秒的周期T上，在每个初级回路P10,i、P20,i、P30,i中的初级流体的流量。图6、图7和图8的热装置20、30、40包括同样的流量曲线。所示的流体是与在输出点A10,1、A10,2和A10,3的输出分量相对应的流量。在这些输出点，在每个初级回路P10,i、P20,i、P30,i之间的流体相位偏移因此对应于T/2N＝6/(2×3)并等于1秒。
图3示出在周期T上在这些输出点A10,1、A10,2和A10,3的正输出分量。可观看到在周期T上，不总存在离开所述输出点A10,1、A10,2和A10,3的流体。然而，这相当于在交换区中不存在初级流体运动的时段，这对于初级流体和次级流体之间的热交换是不利的。
在交换区不存在初级流体位移的该时段还可在图5的表中识别。图5示出在周期T上的离开输出点A10,1、A10,2、A10,3、B10,1、B10,2、B10,3的流量的正分量以及其和的表。值1对应于正流量的存在，也就是说存在离开对应的输出点向交换区的初级流体。值0对应于没有正流量，也就是说不存在离开输出点并且流向交换区的初级流体。因此，离开输出点A10,1、A10,2和A10,3的流量的曲线由被圆角矩形围绕的值识别并且在周期的最后1秒期间为零。这样的影响是使热区域中的热交换不稳定并且增大环境温度对该交换的影响，从而导致热损失。
本发明允许通过选择要连接到交换区的输入和输出的输出点以使得初级流体在所述交换区中的流量尽可能恒定且在任何情况下都非零来避免这种不利影响。
本发明因此规定把相位偏移T/N个周期的输出点连接到交换区E10、E20、E30、E40、E’40的输入，在参照图1和图2描述的示例中相位偏移6/3＝2秒。为此，图4示出在周期T上的离开输出点A10,1、B10,2和A10,3的正分量，对应于图1所示的装置的示意图。可观察到在6秒的周期上总有离开所述输出点A10,1、B10,2和A10,3中的至少一个输出点的初级流体。因此，总有初级流体在交换区E10中运动，这允许在交换区E10中实现几乎永久的热交换。这突出了由在图5中所示的表中的椭圆包围的流量的值，其恒为正值并且非零，等于1或2。当然，这对于本申请中描述的全部热装置都是如此。
此外，结合不同初级回路的与交换区的特定连接，图2所示的初级流体的流量曲线或形状是特别有利的，这是因为其允许在所述交换区中获得恒定流量，这便于在所述交换区中在初级回路和次级回路之间的热交换。该流量形状如下：
i)在时段T/2N＝6/(2×3)上增大的流量，然后
ii)在时段(N-2)T/2N＝(3-2)×6/(2×3)＝1秒上恒定的流量，
iii)然后在时段T/2N＝6/(2×3)＝1秒上减小的流量，然后
iv)在与T/2N＝1秒对应的时段上线性减小的负流量，然后
v)在与(N-2)T/2N＝1秒对应的时段上恒定的负流量，
vi)最后，在与T/2N＝1秒对应的时段上线性增大的负流量。
在本发明意义上的负流量，应理解为在所考虑的输出点，离开该输出点的流体被引向与连接到所述输出点的交换区相反的方向上。为此，当初级流体从输出点向交换区位移时流量为正。
在这样的配置中，具有三个初级回路并且对于增大流量曲线的斜率和对于减小流量曲线的斜率而言具有相同的绝对值，进入交换区的初级流体的流量之和是恒定的并且该总流量对应于包括三个初级回路的装置中的初级回路中的最大流量。这得到输出点A10,1、B10,2和A10,3的流量的分量之和的水平曲线，也就是说在图4上是恒定的。
实验示出该总流量对应于包括五个初级回路的热装置中的最大流量的两倍并且对应于包括七个初级回路的装置中的最大流量的三倍，同时总是恒定的，因此被设计为在对应的交换区中的最优交换。
当然，在初级回路中可以实现其他流量曲线。这些其他曲线，与根据本发明的具体配置相关联，允许总是获得在交换区中的流体的位移。换句话说，总是存在在交换区中位移而没有停止的初级流体，也没有死区。这对于保证热装置的初级流体和外部应用的次级流体之间的良好热交换是重要的。
图1所示的热装置10对应于第一实施变型，其中热装置10包括次级回路S10的次级流体与初级流体进行热交换的交换区E10。为此，在交换区E10中，来自初级回路的初级流体在交换区E10中在唯一管道或通路中合并。在该配置中，不存在在交换区E10中停滞的初级流体。
优选地，初级流体的流通和次级流体的流通被逆流实现，以便于其间进行热交换。在图1所示的配置中，热交换仅在每个初级回路的T/2半周期上实现。当然可以在整个周期T上实现热交换。这尤其示出于图7和图8的例子中。
图6所示的热装置20的另一实施变型与图1的热装置10的区别在于：初级回路P20,1、P20,2、P20,3和次级回路S20,1、S20,2、S20,3之间在交换区E20中的热交换的配置。事实上，在该热装置20中，每个初级回路P20,1、P20,2、P20,3的流体进入交换区E20中的不同且专用的管道中并且与次级回路S20,1、S20,2、S20,3的对应部分热交换，从而形成热交换对。具有在交换区E20中的初级回路的分隔的这种配置允许简化或缓和液压连接，这是因为液压连接尤其需要较少的控制载热流体的流通方向的设备。尽管初级流体的流量在交换区内部的每个初级回路部分中在半周期期间为零，在交换区中总是存在具有非零流量的至少一个初级回路部分，以使得通过在不同对的初级回路和次级回路部分之间的导热性来保证热增益。在这样的配置中因此重要的是在不同对的热交换之间不热绝缘。
图7所示的热装置30是允许在整个周期T上实现与次级回路的热交换的另一实施变型。为此，其包括两个交换区E30,1和E30,2。第一交换区E30,1的输入连接到第一组输出点A30,1、B30,2、A30,3并且其输出连接到第二组输出点B30,1、A30,2、B30,3。第二交换区E30,2的输入本身连接到第二组输出点B30,1、A30,2、B30,3并且其输出连接到第一组输出点A30,1、B30,2、A30,3。以此方式，离开不同输出点A30,1、B30,2、A30,3、B30,1、A30,2、B30,3的初级流体的流量的所有正分量被利用来实现与次级流体的热交换。在该示例中示出的热装置30中，来自不同初级回路P30,1、P30,2、P30,3的流体在各个交换区E30,1和E30,2中的公用管道中集合。然而本发明不排除其中来自每个初级回路P30,1、P30,2、P30,3的初级流体在与交换区分隔开的管道中流通的变型，如图6的热装置20的情况。具有两个交换区E30,1和E30,2的配置允许实现在初级回路中并且在初级流体的位移的整个循环上的对称热交换。
其中初级流体和次级流体优选地彼此纵向流动的交换区E10、E20、E30,1、E30,2、E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2可以由以下热交换器形成：该热交换器的交换回路集成其中流动着次级流体的次级回路部分S10、S20,1、S20,2、S20,3、S30,1、S30,2、S40,1、S40,2、S’40,1、S’40,2以及单向初级回路的管道或部分。本发明不预先规定这些热交换器的结构配置，其可以是板式交换器、管式交换器或任何其他类型的热交换器。
本发明不预先规定在热交换器10、20、30、40的芯部中的热能被获得的方式。然而，本发明尤其适于磁热式热装置，其中通过利用具有磁热效应的材料的磁热效应来在热装置的芯部中获得热能。为此，在本发明中所描述的装置中由标记3标识的组件可以是磁热部件。这些磁热部件3被示意示出并且被初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i的初级流体逐个部分地穿过。
每个磁热部件3可以由能够被初级流体穿过的一种或更多种磁热材料构成。为此，所述磁热材料可以是多孔的以使得其孔形成流体通过的通道。磁热材料还可以呈现实心块的形式，其中微型通道被加工、模塑、或压制，或者由板的组装构成，在可能的情况下所述板被开槽、重叠并且载热流体能够从其间流过。磁热材料还可以呈现粉状或颗粒状以使得缝隙形成流体通道。任何允许初级流体与每个磁热部件3进行热交换的其他实施方式可以当然适用。具体配置可以因此包括条状的磁热部件，该条不被初级流体穿过而是与所述初级流体热接触，该初级流体例如在该条的外表面和内表面在两个相反的方向上流通，以便同时通向所述条的形成包括该条的热模块的端部的端部之一。在旋转热装置的配置中，热部件可以呈现包括磁热材料的盘的形式，磁热材料例如呈现堆叠并且间隔的条形以便在彼此之间形成初级流体的通过通道。
在该类的热装置中，提供包括永磁体或类似物的磁性布置，该磁性布置被相对于磁热部件3偏移以使得磁性部件3交替地经受磁场变化并且在磁热部件3中交替地创建加热阶段和冷却阶段。该磁性布置还可以呈现被顺次供电的电磁铁形式或者能够创建磁场变化的任何其他类似装置。初级流体在初级回路P10,i、P20,i、P30,i、P40,i中的流通方向的反转在此情况下与磁热部件3的磁化阶段或消磁阶段同步，以便在磁热部件3内部建立尽可能高的温度梯度。该同步可以如同申请人在WO2010/046559号公布的专利申请中描述的同步。
当然，磁热式热装置可以包括不同于附图中所示磁热部件的多个磁热部件3。
图8示出根据本发明的磁热式热装置40的优选变型。热装置包括三个初级回路P40,1、P40,2、P40,3。在这些初级回路P40,1、P40,2、P40,3中的初级流体的流量曲线如同参照图2描述的那些。每个初级回路P40,1、P40,2、P40,3包括通过至少一个热交换区E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2两两连接的四个输出点。因此，在热装置40的芯部G40的两侧存在热交换，也即是说在图8的右侧并对应于交换区E’40,1、E’40,2的热侧C以及在在图8的左侧并对应于交换区E40,1、E40,2的冷侧F。此外，所示的配置允许实现初级流体的位移的整个周期T上的连续交换，这是因为每个初级回路P40,1、P40,2、P40,3连接到两个交换区S40,1、S40,2和S’40,1、S’40,2。
因此，位于冷侧F的热交换区E40,1的输入连接到输出点A40,1、B40,2、A40,3的第一集合，对于这些输出点，初级流体的流量的分量每次相位偏移T/N，也就是说，对于该示例为6/3＝2秒。该热交换区E40,1的输出连接到输出点B40,1、A40,2、B40,3的第二集合，对于这些输出点，初级流体的流量的分量每次也相位偏移2秒并且相对于输出点的第一集合偏移T/2半周期。位于冷侧F的第二热交换区E40,2与热交换区E40,1连接到相同的输出点A40,1、B40,2、A40,3、B40,1、A40,2、B40,3，但以相反的方式。因此，热交换区E40,2的输入连接到包括输出点B40,1、A40,2、B40,3的第二集合并且其输出连接到包括输出点A40,1、B40,2、A40,3的第一集合。对于位于热侧C的分别连接到输出点A’40,1、B’40,2、A’40,3的第一集合和输出点B’40,1、A’40,2、B’40,3的第二集合的两个热交换区E’40,1、E’40,2也是一样。
图9是参照图1描述的磁热式热装置10的透视图。该装置10包括具有三个磁转子R1、R2、R3的磁性布置，所述磁转子通过围绕热装置10的纵轴的旋转来使磁热部件3经受磁场变化。磁转子R1、R2、R3中的每个都包括上面安装永磁体的电枢。磁热部件3被安装在两个固定支架SUP1、SUP2中。初级流体被通过活塞P实现的致动器位移，所述致动器被控制凸轮C10致动，控制凸轮C10的凸轮轮廓在转子R2上实现。
图9中示出的装置相对于转子R2是对称的并且在冷侧F处包括使交换区E10得以实现的热交换器，在交换区E10中次级回路S10的次级流体与初级流体进行热交换。热装置10的热侧C位于图9的右侧并且也包括交换区E11。
工业实用性
从上面的描述很清楚本发明允许获得所设定的目的，即提出能够改进热交换器中的热交换的热装置10、20、30、40，该热交换器连接到其初级流体沿着交替双向运动而位移的装置。
根据本发明的热装置10、20、30、40可以应用于工业和家用，在加热、空气调节、温控、制冷等领域，并且成本有竞争力且体积较小。
本发明不限于上述的实施例，而是对本领域技术人员来说在所附权利要求定义的保护范围内可扩展到任何显然的修改和变型。

Claims (11)

1.一种热装置(10、20、30、40)，包括奇数N个封闭的初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i，N≥3，i∈[1,N])，每个初级回路包括串行连接到至少一个热交换区(E10、E20、E30,1、E30,2、E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2)的至少两个输出点(A10,i、A20,i、A30,i、A40,i、B10,i、B20,i、B30,i、B40,i)，在热交换区中流通着次级流体，操纵设备使称作初级流体的载热流体根据周期T的交替循环在所述初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i)中位移，周期T包括T/2半周期的两个位移阶段，所述阶段对应于初级流体的导致相同流量和体积曲线但相反方向的两个位移，该热装置的特征在于，操纵装置被布置为使得初级流体的循环的开始在所述初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i)中的各个初级回路之间相位偏移T/2N，所述交换区的输入以单向方式连接到包括所述初级回路的第一组输出点的第一集合，离开第一组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间相位偏移T/N，以及交换区的输出以单向方式连接到包括所述初级回路的第二组输出点的第二集合，离开第二组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间也相位偏移T/N并且相对于离开所述第一集合的输出点的初级流体的流量的分量相位偏移T/2，以使得第一集合的进入所述交换区的载热流体的流量之和总是大于零。
2.根据权利要求1所述的热装置，其特征在于，该热装置包括交换区，交换区的输出以单向方式连接到第一集合的输出点并且交换区的输入以单向方式连接到第二集合的输出点。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热装置，其特征在于，所述初级回路在所述交换区中的公共管道中汇聚。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的热装置，其特征在于，所述初级回路被连接到所述交换区中的不同管道。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热装置，其特征在于，所述交换区被布置为使得所述初级流体和次级流体彼此相反地位移。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热装置，其特征在于，所述初级流体在所述初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i)中根据以下相继地位移：
i)在对应于T/2N的时段上线性增大的正流量，
ii)然后在对应于(N-2)T/2N的时段上恒定的正流量，
iii)然后在对应于T/2N的时段上线性减小的正流量，
iv)然后在对应于T/2N的时段上线性减小的负流量，
v)然后在对应于(N-2)T/2N的时段上恒定的负流量，
vi)然后在对应于T/2N的时段上线性增大的负流量。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热装置，其特征在于，所述初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i)中的每一个都包括四个输出点(A10,i、A20,i、A30,i、A40,i、B10,i、B20,i、B30,i、B40,i)，这四个输出点通过至少两个交换区(E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2)两两连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热装置，其特征在于，初级回路中的初级流体的操纵设备包括使活塞位移的至少一个控制凸轮(C10)，并且控制凸轮包括被布置为在每个初级回路中确定沿着周期T的周期性交替运动的初级流体的位移的轮廓。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热装置，其特征在于，每个初级回路包括被所述初级流体逐个部分地穿过的至少一个磁热部件(3)，并且所述热装置包括磁性布置(R1，R2，R3)，磁性布置(R1，R2，R3)被布置为使所述磁热部件(3)交替地经受磁场的变化并且在所述磁热部件(3)中交替地产生加热阶段和制冷阶段。
10.一种优化热装置(10、20、30、40)的热交换的方法，包括奇数N个封闭的初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i，N≥3，i∈[1,N])，每个初级回路包括串行连接到至少一个热交换区(E10、E20、E30,1、E30,2、E40,1、E40,2、E’40,1、E’40,2)的至少两个输出点(A10,i、A20,i、A30,i、A40,i、B10,i、B20,i、B30,i、B40,i)，在热交换区中流通着次级流体，
该方法包括使称作初级流体的载热流体根据周期T的交替循环在所述初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i)中位移，周期T包括T/2半周期的两个位移阶段，所述阶段对应于初级流体的导致相同流量和体积曲线但相反方向的两个位移，
其特征在于，该方法还包括使得初级流体的循环的开始在所述初级回路(P10,i、P20,i、P30,i、P40,i)中的各个初级回路之间相位偏移T/2N，使所述交换区的输入以单向方式连接到包括所述初级回路的第一组输出点的第一集合，离开第一组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间相位偏移T/N，以及使交换区的输出以单向方式连接到包括所述初级回路的第二组输出点的第二集合，离开第二组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间也相位偏移T/N并且相对于离开所述第一集合的输出点的初级流体的流量的分量相位偏移T/2，以使得第一集合的进入所述交换区的载热流体的流量之和总是大于零。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法包括优化根据权利要求1至9中任一项所述的热装置(10,20,30,40)的热交换。
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