CN105849479B

CN105849479B - 磁热式热发生器及其冷却方法

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Publication number: CN105849479B
Application number: CN201480071151.4A
Authority: CN
Inventors: C·穆勒
Original assignee: Cooltech Applications SAS
Current assignee: Magnoliac Corp.
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: HK1224363A1; FR3016026B1; RU2016129939A; EP3087329A1; FR3016026A1; SG11201604998TA; EP3087329B1; JP2017508940A; IL246285A0; CA2934363A1; ES2674095T3; WO2015097401A1; US20160356528A1; CN105849479A; KR20160102505A; RU2016129939A3; US10502462B2; CA2934363C; JP6497526B2

Abstract

本发明涉及一种磁热式热发生器(10)，包括通过称作初级流体的载热流体使磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂)的两个级(E₁、E₂)流体连接的初级回路(P₁₀)，所述初级流体根据往复交替运动流通，所述级(E₁、E₂)经受磁系统(2)的变化磁场，并且初级回路包括冷侧(F)和热侧(C)，所述级(E₁、E₂)的磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂)在这两侧流体连接。初级回路的至少一个冷侧(F)包括输出点(S₁)，所述输出点通过分流管(D₁)连接到该初级回路的热侧(C)的称作注入点(I₁)的另一点，所述分流管准许初级流体仅从输出点(S₁)向注入点(I₁)位移。本发明的目的还有通过所述磁热式热发生器冷却所述次级流体的方法。

Description

磁热式热发生器及其冷却方法

技术领域

本发明涉及一种磁热式热发生器，其包含通过称作初级流体的载热流体流体地连接磁热部件的至少一个初级回路，所述初级流体根据往复交替运动流通，所述磁热部件经受磁系统的变化的磁场，所述磁系统在各磁热部件内交替地产生加热磁阶段和冷却磁阶段，在本发生器中，初级回路包含冷侧和热侧，磁热部件在所述冷侧和热侧彼此流体地连接。

本发明还涉及一种通过磁热式热发生器冷却称作次级流体的流体的冷却方法。

背景技术

自从三十多年前以来，已知在环境温度进行磁冷的技术，并且知道该技术在环境保护以及可持续发展方面带来的优点。同样已知该技术关于其有效热功率及其效率的局限性。从那时起，本领域内所进行的研究全部倾向于通过调整不同参数来改善此种发生器的性能，所述不同参数诸如磁化功率、磁热部件的性能、载热流体和磁热部件之间的交换面积、热交换器的性能等。

这些热发生器利用一些材料的磁热效应(EMC)，磁热效应包括当所述材料经受变化的磁场时其温度的变化。在此种发生器中，磁热材料经受磁化和消磁的相继磁阶段，并且与称作初级流体的载热流体的热交换被实现从而因此收集由所述材料产生的热能量并且在这些材料内达到尽可能大的温度变化(温度梯度)。为此，初级流体的流通被交替并且该初级流体在穿过磁热材料的管道或孔中流通。磁热循环包括两个阶段，即：磁化阶段和消磁阶段，这两个阶段由在各阶段可用的能量表示。该循环被重复直到数赫兹的频率。在这些阶段中，初级流体流遍磁热材料，所述初级流体将在称作磁化的阶段时通过接触材料而变热，或者在称作消磁的阶段通过接触材料而冷却。与所述材料的熵变化相对应的磁热效应，在材料的温度最接近其居里温度时是最大的。

然而，磁热式热发生器必须能够使其产生的热能量与至少一个外部应用交换。此交换一般由一个或多个热交换器实现，热交换器的目的为释放或与所述磁热式热发生器外部的一个或多个应用交换由所述热发生器产生的热能量。这些外部应用例如可以是环境空气、热发生器、热设备或热壳。

在传统配置中，磁热式热发生器的磁热部件在热侧通过热交换器彼此相连接，并且以对称的方式，磁热部件在冷侧同样通过热交换器彼此相连接。然而，经验表明，此种配置有局限性。

该局限性尤其是利用热发生器的冷侧时的情况。实现与具有相对于初级流体温度的大温度偏差的次级回路或应用的热交换的事实，其具有显著加热发生器的冷侧并且降低其热效率的结果。换句话说，在发生器中建立的热梯度被降级，使得由磁热效应产生的功率的一部分必须被用于重新建立该梯度，并且因此，这部分功率将不能被一个或多个外部应用所利用或使用。

同地样，当利用磁热式热发生器的热侧时，存在冷却发生器的热侧以及降低其热效率的风险。

为了以最优方式利用热发生器的功率，因此需要优化初级回路及次级回路之间的热交换的特征。

发明内容

本发明旨在通过提出上述问题的解决方案来避免这些缺点。为此，实现根据本发明的磁热式热发生器使得：在热发生器和待冷冻、冷却或加热的一个或多个外部应用之间的热能量传递被优化，以便对建立在磁热式热发生器中的热梯度以及对其热功率产生尽可能小的影响。本发明同样为了目的为尤其适于在次级回路中流通的流体的持续冷却的磁热式热发生器。

为此，本发明提出开始部分指出的类型的磁热式热发生器，其特征在于，初级回路的所述热侧和冷侧中的至少一侧包含至少一个输出点，所述输出点通过至少一个分流管连接到该初级回路的另一个点，称作注入点，所述分流管准许初级流体仅从输出点向注入点在一个方向上位移。

在优选的实施方式中，磁热部件可以被分布在至少两个级中，并且所述级中的一个级的磁热部件可在冷侧彼此流体连接，并且所述级中的另一个级的磁热部件在热侧可以彼此流体连接。

在第一变型中，相连的两个级的磁热部件可以总是处于相反的磁阶段中。在另一个变型中，相连的两个级的磁热部件可以总是处在相同的磁阶段中。

根据本发明，分流管可以通过至少一个热交换区热连接到次级回路。

此外，所述热交换区可以被设计用于实现初级流体与所述次级回路的次级流体之间的相反流动、同向流动或交叉流动的位移。

该分流管可以有利地包括调整该分流管中流通的初级流体的流量的调整设备。

在一个实施方式中，所述至少一个输出点位于初级回路的冷侧中。在此模式中，该注入点可以位于初级回路的热侧中。

在第二实施方式中，所述至少一个输出点位于初级回路的热侧中。在此模式中，该注入点可以位于初级回路的冷侧中。

在该两个实施方式中，该注入点可以在变型中位于磁热部件的两个级之间。

还在另一个变型中，该注入点可以位于各级的连续的磁热部件之间。

此外，本发明提出一种通过开始部分指出的类型的磁热式热发生器冷却称作次级流体的流体的方法，其特征在于包括通过至少一个热交换区将流通有次级流体的次级回路热连接到所述磁热式热发生器的分流管，以及使所述次级流体在所述次级回路中连续地流通。

此种方法特别适于实现被持续更新的次级流体的冷却。因此，本方法对于次级流体的冷却是有利的，该次级流体在次级回路中，次级回路不能自己形成环路并且在次级回路中次级流体的液压流和热流是连续的。

附图说明

参照附图，在以非限制性举例方式给出的本发明实施方式的如下描述中，本发明及其优点将体现得更清楚，其中：

-图1A和1B为根据第一实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图2A至2B为根据第二实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图3A和3B为根据第三实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图4A和4B为根据第四实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图5A和5B为根据第五实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图6A和6B为根据第六实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图7A和7B为根据第七实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图8A和8B为根据第八实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图9为包含图7A和7B中示意性示出的两级的热发生器的简化透视图，

-图10A和10B为根据第九实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，

-图11A和11B为根据第十实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图，以及

-图12A和12B为根据第十一实施变型的热发生器的在相反的磁阶段中的两级的示意图。

具体实施方式

在所示出的实施例中，相同部件或部分具有相同的标号。

本发明涉及包含磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、 M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄的磁热式热发生器10、20、30、 40、50、60、70、80、90、100、110。在所示实施变型中，这些磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、 M₂₂₃、M₂₂₄被分布成至少两个热级。称作初级流体的载热流体在穿过所述磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、 M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄的至少一个初级回路中根据交替运动而位移。此初级流体具有功能：一方面，建立并维持在在热发生器10、20、30、40、 50、60、70、80的两个端(即，冷侧F与热侧C)之间的所述热级的磁热部件中的热梯度，以及，另一方面，允许释放或与至少一个外部应用交换在所述发生器中产生的热能量，也就是说，至少一个外部应用不是热发生器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110的一部分。此交换或此释放通过交换区完成，该交换区可以由热交换器体现。此交换区允许实现初级回路与属于外部应用的次级回路之间的热交换。

尽管未示出，本发明同样考虑到具有磁热部件的单一级。

优选地，初级流体和次级流体是液态的。次级流体优选地通过泵或任意其他类似设备以连续的方式位移用来冷却、加热、或缓和外部应用。用于与磁热部件相接触的初级流体可以由水、例如添加有诸如乙二醇之类的防冻剂的水、增压或不增压的液化气、或甚至盐水构成。

各磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、 M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄可以由适于被初级流体穿过的一个或多个磁热材料构成。每个磁热部件，在本发明的意义上其必须包括具有磁热材料的物理部件。磁热部件尤其可以包含多种类型的磁热材料。为此，所述磁热部件可以是有孔的使得其孔隙形成流体流入的通道。其同样可以呈现一个或多个实心块的形状，在实心块中加工、模塑或注入有极小或微小管道。其还可以由板的组合构成，在可能的情况下，板被开槽、重叠并且在板之间载热流体可以流动。最后，其可以呈现粉末或粒子的形状使得空隙形成流体的通道。允许初级流体与构成磁热部件M₁₁、 M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄的材料热交换的所有其他实施形式当然可以适用。优选地，构成磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、 M₂₂₃、M₂₂₄的磁热材料具有不同的居里温度，从冷侧F到热侧C由最低居里温度去向最高居里温度过渡。

在示出的实施变型中，使磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、 M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄经受磁场的变化的磁系统包含永磁体2或类似物(图9)，并且相对于所述磁热部件M₁₁、M₁₂、 M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄位移从而在所述磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、 M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄内交替地，当在其中施加或加强磁场时产生加热阶段，然后当撤销或减弱磁场时产生冷却阶段。该磁系统同样可以呈现顺次通电的电磁铁的形式或可以产生磁场变化的所有其他类似装置的形式。初级回路中初级流体的流通方向的反转与磁热部件M₁₁、 M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄的磁化和消磁阶段同步，以便建立磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、 M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄内尽可能高的温度梯度。为此，在加热阶段穿过磁热部件(也就是说磁化)的初级流体朝热侧C方向位移，然后当其在冷却阶段穿过磁热部件(也就是说消磁)时，初级流体朝冷侧F位移。初级流体的流通方向由附图中的箭头示出。

图1还示出根据本发明的第一实施变型的连接磁热式热发生器10 的两级E₁、E₂的初级回路P₁₀。初级回路连接两级E₁、E₂并且包含根据往复交替运动来使初级流体位移的两个致动器3。初级回路P₁₀因此包含穿过所述磁热部件的初级流体的回路的两条平行支路，并且平行支路之间在热侧C和冷侧F相连接。磁系统由永磁体2示出。两个级 E₁、E₂通过致动器3连接，致动器3例如是通过活动的控制凸轮轮廓而位移的活塞。此种活塞可以是刚性的或可变形的，例如薄膜。当然，可以使用适于使初级流体位移的所有其他装置。此外，活塞或类似物的位移可以由操纵设备控制，该设备可以是控制凸轮、磁设备、线性电机或适于根据往复运动来使所述致动器位移的所有其他装置。

此外，级E₁的磁热部件M₁₁、M₁₂连接在初级回路P₁₀的冷侧F 并且级E₂的磁热部件M₂₁、M₂₂连接在初级回路P₁₀的热侧C。根据本发明，初级回路P₁₀的冷侧F包含输出点S₁，该输出点S₁通过在所述初级回路P₁₀的热侧C内的分流管D₁流体地连接到注入点I₁。此分流管D₁包含只准许流体从输出点S₁向注入点I₁的通过的设备。控制初级流体流通方向的此种设备可以是例如逆流防止阀4。此分流管D₁穿过冷的交换区Z_F1，在该冷的交换区Z_F1中，初级流体实现与次级回路 6的次级流体的热交换。

因此，强制得到在分流管D₁中的流体的流通方向的事实允许确保在消磁阶段只有从磁热部件的冷侧F流出的流体可以被引向该分流管 D₁。由此得出次级回路的冷却能力被优化。

来自分流管D₁的初级流体在穿过冷的交换区Z_F1后被再加热。然而，初级流体被重新注入到初级回路P₁₀的热侧C中，使得该再加热对初级回路P₁₀的冷侧F的温度具有有限的影响，在制冷的情况下，这尤其有利。此外，这允许在冷的交换区Z_F1中实现大量的交换。

此实施变型同样可移植到具有单级的实施方式中，在该实施方式中，分流管可以将初级回路冷侧的输出点连接到热侧的注入点。

初级回路P₁₀在其热侧C包含两个连续的热交换区Z_C1、Z_C2，并且注入点I₁位于这两个交换区Z_C1、Z_C2之间。这是十分有利的，因为这允许在冷却阶段将来自分流管D₁的初级流体注入到穿过磁热部件的初级回路P₁₀的部分。因此，初级流体被向在图1A示出的阶段中冷却的磁热部件M₂₂重新注入，并且初级流体被重新注入到磁热部件 M₂₁中，该磁热部件M₂₁在接下来的磁阶段或在图1B中示出的相反阶段中冷却。这还允许便于流体在注入点I₁的混合。

热交换区Z_C1、Z_C2允许排除由热发生器10产生的热，或者再加热另一个外部应用，例如，借助具有次级流体的次级回路7的热交换来进行。

根据本发明，分流管D₁包含在其中流通有的初级流体的流量校准设备5。此校准设备5允许确定在冷交换区Z_F1中初级回路P₁₀与次级回路6之间的热交换容量，并且调整在初级回路P₁₀和分流管D₁之间的负载损失。此特征可以移植到所有所示出的实施变型中。

此外，在所示出的全部例子中，输出点位于初级回路的冷侧F中，并且为此示出为了最优地利用磁热式热发生器的冷功率而被优化的磁热式热发生器的配置。本发明还提供用来在热侧定位这些输出点并且在冷侧F实现传统的交换。此种设置允许在限制所述热交换对初级回路的热侧C的温度带来的影响的同时，利用由热发生器产生的热量，这尤其在加热的情况下是有利的。这因此允许在连接到分流管的交换区中实现大量的交换，在该分流管中输出点位于初级回路的热侧。换句话说，所示出的全部例子可以通过颠倒热侧C和冷侧F而被移植，以便获得更大的容量来再加热或提高外部应用的次级流体的温度。

图2A和2B示出磁热式热发生器20的初级回路P₂₀的实施变型，该变型与在图1A和1B中示出的磁热式热发生器的区别在于热侧C。在此变型中，初级回路P₂₀的热侧C包含冷的单一热交换区Z_C3，其入口与出口分别构成注入点I₂、I₃。分流管D₂分开成管的两个管道部分并且这些管道部分各自包含逆流防止阀。以此方式，还确保来自分流管D₂的初级流体总是被向经受冷却的磁热部件M₂₁、M₂₂重新注入。此种具有冷的单一交换区Z_C3的配置，相对于前述热发生器10中的具有两个冷的交换区Z_C1和Z_C2的配置，允许简化热发生器20的构造并且为此缩减成本。

图3A和3B示出磁热式热发生器30的另一实施变型。在此变型中，发生器包含两个分流管D₃、D₄。分流管D₄将冷侧F的输出点S₂连接到热侧C的注入点I₅，冷侧F被直接连接到冷侧F的级E1的磁热部件M₁₁，热侧C被直接连接到热侧C的级E₂的磁热部件M₂₂，磁热部件M₂₂总是与另一个磁热部件M₁₁处于相同磁化状态，即在图3A 中的冷却阶段。以同样的方式，分流管D₃将冷侧F的输出点S₃连接到热侧C的注入点I₄，冷侧F被直接连接到冷侧F的级E₁的磁热部件M₁₂，热侧C被直接连接到热侧C的级E₂的磁热部件M₂₁，磁热部件M₂₁总是与另一个磁热部件M₁₂处于相同磁化状态，即在图3A中的加热阶段。在此配置中且在图3A中示出的磁化状态中，初级流体通过穿过磁部件M₁₁被冷却并且取道穿过冷交换区Z_F2的分流管D₄以便通过注入点I₅被重新注入到热侧C的级E₂的磁热部件M₂₂中。以单向方式的将来自冷侧F的在冷的热交换区Z_F2中被再加热的初级流体重新注入到热侧C中的事实允许，在该被重新注入的流体具有比热侧C中的初级流体的温度略低或略冷的温度的情况下，同时实现通过与该被重新注入的流体进行热传导/传递来冷却磁热部件M₂₂，以及通过由消磁带来的磁热效应来冷却。这可以等效于磁热部件M₂₂的预冷却。这因此可获得以下效果：在初级回路P₃₀中，将热侧C与冷侧F 之间的热梯度向低位移，并且因此增大热发生器30的冷却容量。在图3A示出的磁化状态中，不存在第二分流管D₃中的流体位移。各分支或分流管在流量方面是独立的并且分别可调节的。

相反地，在图3B示出的相反的磁化阶段中，不存在初级流体在第一分流管D₄中的位移，而初级流体在穿过冷的交换区Z_F3的第二分流管D₃中位移以便通过注入点I₄被重新注入到热侧C的级E₂的磁热部件M₂₁中。热侧C的热交换以传统的方式实现。热侧C的级E₂的两个磁热部件的端部由热交换区Z_C4分开，该热交换区Z_C4用于排出由热发生器30产生的热量或再加热另一个外部应用，例如，借助与次级流体的次级回路7的热交换来进行。

图4A和4B示出磁热式热发生器40的一个实施变型，其与前面各图的热发生器30的区别在于：分流管D₅和D₆的注入点I₆和I₇位于两级E₁、E₂之间。此布置在被重新注入到初级回路P₄₀中的初级流体的温度与位于两级E₁、E₂之间的注入点I₆、I₇处的初级流体的温度相对应或趋向于对应的情况下是尤其有利的。

图5A和5B示出磁热式热发生器50的一个实施变型，其与前图 4A和4B的热发生器40区别在于：一方面，各级包含更多磁热部件 M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄并且，另一方面，分流管D₇和D₈的注入点I₈和I₉位于处于冷侧F的级E₁₀的连续的磁热部件M₁₁₁、M₁₁₃与M₁₁₂、M₁₁₄之间。此布置在从冷的交换区Z_F6、 Z_F7流出的初级流体的温度接近于在所涉及的连续材料M₁₁₁、M₁₁₃与 M₁₁₂、M₁₁₄之间流通的初级流体的温度的情况下是尤其有利的。事实上，将具有与在初级回路中流通的流体相同温度的初级流体重新注入到初级回路P₅₀中的事实，不扰乱建立在初级回路中的热梯度。这允许通过冷的交换区Z_F6、Z_F7来利用热发生器50的热功率，而不对其产率带来负面影响。

此外，在热发生器50中安置更多磁热部件的事实允许增大其热功率和/或热梯度。

图6A和6B中示出的磁热式热发生器60是图4A和4B的热发生器40的实施变型，其区别在于：磁热式热发生器60包含单一分流管 D₉和交换区Z_F8，该管在冷的交换区Z_F8后分成两个部分从而在注入点 I₆和I₇将初级流体重新注入。此重新注入与参考图4A和4B的描述的相同。其具有额外的优点：通过需要用于初级流体流通的更少管道来缩减热发生器60的体积。

图7A、7B和9中示出的磁热式热发生器是前图6A和6B的热发生器60的实施变型，其区别在于：层E₁₀、E₂₀含有更多的磁热部件 M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄，以便增大其热功率和/或热梯度并且因此提高其通过冷交换区Z_F9来冷却次级回路的次级流体的能力。初级回路P₇₀包含单一分流管D₁₀和交换区Z_F9，该管在冷的交换区Z_F9后分成两个部分从而在两个级E₁₀、E₂₀之间的注入点I₁₀和I₁₁将初级流体重新注入。图9为该热发生器70的透视图，该热发生器70在图7B示出的磁化状态中，包含三个初级回路。所有三个初级回路的组件在此图上不可见。在此图9中，已经特别识别了热发生器70的三个初级回路的三个冷的热交换区Z_F9、Z’_F9和Z”_F9，以及所述初级回路的热的热交换区Z’_C5。热发生器70包含具有三个磁转子R₁、R₂、R₃的磁布置，磁转子通过其围绕热发生器70的纵轴的旋转，使磁热部件经受磁场的变化。磁转子R₁、R₂、R₃各自包含电枢，在电枢上装有永磁体2。磁热部件被装在两个固定支架S_UP1、S_UP2内。初级流体被由活塞3实现的致动器位移，该活塞3通过控制凸轮C₇₀被致动，凸轮的轮廓在转子R₂上被实现、安装、加工、消光。

在图8A和8B中示出的磁热式热发生器80为图5A和5B的热发生器50的实施变型，其区别在于：磁热式热发生器80包含单一分流管和交换区Z_F10，该管在冷的交换区Z_F10后分成两个部分以便在注入点I₈、I₉将初级流体重新注入。此重新注入与参考图5A和5B描述的相同。其具有额外的优点：通过需要用于初级流体流通的更少管道来缩减热发生器80的体积。

在图10A和10B中示出的磁热式热发生器90包含两个分流管D₁₂和D₁₃，该两个分流管D₁₂和D₁₃具有分流管的公共部分D₁₂’。热发生器90包含由初级流体的位移装置或制动器3连接的两个级E₁和E₂。第一级E₁定位在热发生器90的冷侧且另一级E₂定位在热侧C。

第一分流管D₁₂将在热发生器90的冷端F的输出点S₇连接至位于初级回路P₉₀中的注入点I₁₂，注入点I₁₂在级E₁的热端，位于致动器3和磁热部件M₁₁的热端之间。第二分流管D₁₃将在热发生器90的冷端F的输出点S7连接至初级回路的置于第一级E₁的热侧的另一个点，该点位于致动器3和磁热部件M₁₂的热端之间。分流管D₁₂和D₁₃包含公共管道部分D₁₂’，冷交换区Z_F11整合在该公共管道部分D₁₂’，冷交换区Z_F11用于实现初级流体与次级回路61的次级流体之间的热交换。此外，分流管D₁₂和D₁₃各自包含控制初级流体流通方向的设备。

因此，包含适于实现与次级回路61的次级载热流体的热交换的热交换器的分流公共管道部分D₁₂’，当磁热部件M₁₁和M₁₂在消磁阶段时，接收从位于冷侧F的层E₁的磁热部件M₁₁和M₁₂的冷侧流出的初级流体。以此方式，当初级流体温度为循环的最冷温度时，该分流公共管道部分D₁₂’总是被初级流体穿过。由此得出，在交换区Z_F11中的热交换被优化。此外，由于与待冷却的次级回路的热交换而经受了其温度升高的初级流体，然后在热级E₁和E₂之间的初级回路的点I₁₂、 I₁₃处被重新注入到初级回路中，在该点I₁₂、I₁₃，温度并非最低。尤其有利的是调整可以流通向分流管D₁₂和D₁₃的流体的流量，从而调整可以在交换区Z_F11中的初级回路与次级回路之间交换的热功率。因此，穿过此交换区Z_F11的初级流体的单位体积流量越多则交换越多。以有利的方式，借助交换区Z_F11在分流管中的定位，由于在该交换区Z_F11中的热交换引起的初级流体温度的升高非常小，甚至不会影响热发生器90的运行，特别是不会影响以高效率维持热梯度的能力。这是通过在热交换后将加热了的初级流体重新注入到初级回路P₉₀的其中初级流体的温度不是最低的区域中而成为可能的。

图10A和10B中示出的热发生器90对于连续地冷却或缓和以连续的方式在次级回路中流通穿过交换区Z_F11的次级流体是特别有利的。事实上，串行地整合到分流管D₁₂、D₁₃(在分流管D₁₂、D₁₃中初级流体单向地流通)中的热交换区Z_F11的定位允许实现在热交换区Z_F11中的交叉流交换，这有利于热交换。

图11A和11B中示出的磁热式热发生器100具有与参照热发生器 90描述的相同优点。其区别在于：在初级回路P₁₀₀中初级流体的位移以及磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁和M₂₂的磁循环。事实上，在所示出的初级回路P₁₀₀中，磁热部件被串联连接并且初级流体的位移装置或致动器3确保在初级流体的两个相反方向中的交替位移。当磁热部件在消磁状态中时，初级流体在热发生器100的冷侧F的方向上穿过磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁和M₂₂，并且当磁热部件在磁化状态中时，初级流体在热侧C的方向上穿过磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁和M₂₂。分流管的注入点I₁₂和I₁₃定位于磁热部件M₁₁、M₂₁和M₁₂、M₂₂之间，在此变型中，这些磁热部件处于相同的磁化状态。

图12A和12B中示出的磁热式热发生器110具有与参照热发生器 90描述的相同优点。其区别在于：分流管D₁₄和D₁₅的注入点I₁₄和I₁₅的定位。事实上，各注入点I₁₄和I₁₅定位在热级E₂的磁热部件M₂₁、 M₂₂和热交换区Z_C6之间。各注入点I₁₄和I₁₅因此允许把在冷交换区Z_F11中温度升高了的初级流体在磁热部件M₂₁或M₂₂的输出处注入到初级回路中，已经受加热的初级流体从磁热部件M₂₁或M₂₂流出并流向热交换区Z_C6。此处再一次地，热交换对初级流体温度的影响被削弱，这允许在冷交换区Z_F11中实现热交换而无需降低热发生器110的效率。

当然，根据本发明的磁热式热发生器10、20、30、40、50、60、 70、80、90、100、110可以包括多个初级回路。此外，这些初级回路可以包含多个与附图中示出的磁热部件不同的磁热部件。

此外，磁热部件M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、 M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃以及M₂₂₄的形状并非限制为矩形件。可以考虑其他形状。此外，各磁热部件可以由在其间流体地串行连接或附接的多个部件构成。

工业应用的可能性：

由此描述清晰可见：本发明允许达到设定的目标，即，本发明允许实现磁热式热发生器10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、 110的在冷侧F或者在热侧C的大量热交换，而无需干扰热发生器的运行并同时优化其产量。

根据本发明的热发生器以及方法可以用在所有热领域中，诸如例如加热、空调、温控或冷却或其他领域，并非限制于此，并且这以有竞争力的成本以及小体积实现。

本发明不限制于所述实施例，而是在保留在所附权利要求中限定的保护范围内的同时延伸到对于本领域技术人员而言显而易见的所有修改及变型。

Claims

1.一种磁热式热发生器(10、20、30、40、50、60、70、80)，包括至少一个初级回路(P₁₀、P₂₀、P₃₀、P₄₀、P₅₀、P₆₀、P₇₀)，初级回路通过根据往复交替运动流通的称作初级流体的载热流体来流体连接磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)，所述磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)经受磁系统(2)的变化磁场，磁系统(2)在各磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)中交替地产生加热的磁阶段以及冷却的磁阶段，在该发生器中初级回路包括冷侧(F)和热侧(C)，磁热部件(M₁₁、M₁₂；M₁₁₁、M₁₁₂和M₂₁、M₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)在所述冷侧(F)和热侧(C)彼此流体连接，

所述磁热式热发生器的特征在于，初级回路的所述热侧(C)和冷侧(F)中的至少一侧包括至少一个输出点(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆)，所述输出点通过至少一个分流管(D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈、D₉、D₁₀、D₁₁)连接到该初级回路的称作注入点(I₁、I₂、I₃、I₄、I₅、I₆、I₇、I₈、I₉、I₁₀、I₁₁)的另一点，所述分流管准许初级流体仅从输出点(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆)向注入点(I₁、I₂、I₃、I₄、I₅、I₆、I₇、I₈、I₉、I₁₀、I₁₁)位移。

2.根据权利要求1所述的热发生器，其特征在于，磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)被分布在至少两个级(E₁、E₂、E₁₀、E₂₀)中，并且所述级(E₁、E₁₀)中一个级的磁热部件(M₁₁、M₁₂；M₁₁₁、M₁₁₂)在冷侧(F)彼此流体连接，并且所述级(E₂、E₂₀)中的另一个级的磁热部件(M₂₁、M₂₂；M₂₂₃、M₂₂₄)在热侧(C)彼此流体连接。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热发生器，其特征在于，分流管(D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈、D₉、D₁₀、D₁₁)通过至少一个热交换区(Z_F1、Z_F2、Z_F3、Z_F4、Z_F5、Z_F6、Z_F7、Z_F8、Z_F9、Z_F10、Z_F11)热连接到次级回路(6)。

4.根据权利要求3所述的热发生器，其特征在于，热交换区(Z_F1、Z_F2、Z_F3、Z_F4、Z_F5、Z_F6、Z_F7、Z_F8、Z_F9、Z_F10、Z_F11)被布置为实现初级流体与所述次级回路(6)的次级流体之间的相反流动的位移。

5.根据权利要求3所述的热发生器，其特征在于，热交换区(Z_F1、Z_F2、Z_F3、Z_F4、Z_F5、Z_F6、Z_F7、Z_F8、Z_F9、Z_F10)被布置为实现初级流体与所述次级回路(6)的次级流体之间的同向流动的位移。

6.根据权利要求3所述的热发生器，其特征在于，热交换区(Z_F1、Z_F2、Z_F3、Z_F4、Z_F5、Z_F6、Z_F7、Z_F8、Z_F9、Z_F10)被布置为实现初级流体与所述次级回路(6)的次级流体之间的交叉流动的位移。

7.根据权利要求1所述的热发生器，其特征在于，分流管(D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈、D₉、D₁₀、D₁₁)包括调整在分流管中流通的初级流体的流量的调整设备(5)。

8.根据权利要求1所述的热发生器，其特征在于，所述至少一个输出点(S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆)位于初级回路的冷侧(F)中。

9.根据权利要求1所述的热发生器，其特征在于，所述至少一个输出点位于初级回路的热侧(C)中。

10.根据权利要求8所述的热发生器，其特征在于，所述注入点(I₁、I₂、I₃、I₄、I₅)位于初级回路的热侧(C)中。

11.根据权利要求9所述的热发生器，其特征在于，所述注入点位于初级回路的冷侧(F)中。

12.根据权利要求2所述的热发生器，其特征在于，所述注入点(I₆、I₇、I₁₀、I₁₁、I₁₂、I₁₃)位于磁热部件(M₁₁、M₁₂、M₂₁、M₂₂、M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)的两个级(E₁、E₂；E₁₀、E₂₀)之间。

13.根据权利要求2所述的热发生器，其特征在于，所述注入点(I₈、I₉)位于各级(E₁₀、E₂₀)的连续磁热部件(M₁₁₁、M₁₁₂、M₁₁₃、M₁₁₄、M₂₂₁、M₂₂₂、M₂₂₃、M₂₂₄)之间。

14.一种冷却称作次级流体的流体的方法，该方法通过根据前述权利要求中任一项所述的磁热式热发生器进行，其特征在于，该方法包括通过至少一个热交换区(Z_F1、Z_F2、Z_F3、Z_F4、Z_F5、Z_F6、Z_F7、Z_F8、Z_F9、Z_F10、Z_F11)把流通有次级流体的次级回路(6)热连接到所述磁热式热发生器的分流管(D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆、D₇、D₈、D₉、D₁₀、D₁₁)，并且使所述次级流体在所述次级回路中连续地流通。