CN106042823A

CN106042823A - 调温器、特别是车辆调温器

Info

Publication number: CN106042823A
Application number: CN201610217070.1A
Authority: CN
Inventors: M·洪堡
Original assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspecher climate control systems Ltd.
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-08
Also published as: US10145591B2; CN106042823B; EP3101370B1; DE102015105345A1; US20160298880A1; EP3101370A2; EP3101370A3; ES2893407T3

Abstract

本发明涉及一种调温器、特别是车辆调温器，其包括能由载热介质穿流的或/和环流的、以磁热材料构成的调温体，调温体容纳壳体，多个沿周向相继的调温扇区，各调温扇区分别包括冷却区域和沿周向设置在冷却区域旁边的磁场加热区域，在至少两个邻接的调温扇区中，从所述调温扇区的一个调温扇区的磁场加热区域到所述调温扇区的另一个调温扇区的冷却区域和从所述调温扇区的所述另一个调温扇区的冷却区域到所述调温扇区的所述一个调温扇区的磁场加热区域的载热介质流通装置，在至少一个调温扇区中，所述冷却区域能由热输入流体穿流，用以将热输入该调温扇区中；或/和在至少一个调温扇区中，所述磁场加热区域能由热导出流体穿流，用以将热从该调温扇区导出。

Description

调温器、特别是车辆调温器

技术领域

本发明涉及一种调温器、特别是车辆调温器，该调温器可以在利用磁热效应的情况下用于冷却或加热例如车辆内部空间。

背景技术

在利用磁热效应的情况下工作的热泵中，磁热材料交替地运动到磁场之中并且从磁场中运动出来。在运动到磁场中时，在磁场影响下发生磁热材料的电子的自旋取向。该自旋取向或磁场中的磁力矩的取向导致，磁熵降低。因为系统的总熵不会减少，所以显示成温度上升的热熵增加。如果磁热材料从磁场中运动出来，则发生相反的过程。从磁场中运动出来的磁热材料的温度下降。

因为相比于在传统的冷却器或热泵中使用的热力学过程在利用磁热效应的情况下仅能引起较小的温差，所以为了提供磁热材料的或者说由接收热的流体的超过温差的温度变化必需的是，实施多级过程，在所述过程中，通过串联多个利用磁热效应的系统实现连续的温度变化。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种在利用磁热效应的情况下工作的调温器、特别是车辆调温器，该调温器能在简单且紧凑的结构中运行，用以实现较大的温度变化。

按照本发明，该任务通过一种调温器、特别是车辆调温器得以解决，该调温器包括：能由载热介质穿流的或/和环流的、以磁热材料构成的、优选环状的调温体，能绕旋转轴线旋转地容纳所述调温体的包括调温体容纳空间的调温体容纳壳体，多个沿周向相继的调温扇区，各调温扇区分别包括冷却区域和沿周向设置在所述冷却区域旁边的磁场加热区域，在至少两个邻接的调温扇区中，从所述调温扇区的一个调温扇区的磁场加热区域到所述调温扇区的另一个调温扇区的冷却区域和从所述调温扇区的所述另一个调温扇区的冷却区域到所述调温扇区的所述一个调温扇区的磁场加热区域的载热介质流通装置，其中，在至少一个调温扇区中，所述冷却区域能由热输入流体穿流，用以将热输入该调温扇区中；或/和，在至少一个调温扇区中，所述磁场加热区域能由热导出流体穿流，用以将热从该调温扇区导出。

按照本发明的调温器可以在利用磁热效应的情况下按照热泵的方式工作，以便通过热相互作用一方面冷却热输入流体，另一方面加热热导出流体。因此，热从热输入流体传递给热导出流体。根据按照本发明的调温器应用作加热器还是冷却器，可以在所配置的热交换器布置结构中使用热输入流体，以便冷却另一介质、例如导入到车辆内部空间中的空气，或者可以使用热导出流体，以便加热例如要导入到车辆内部空间中的空气。因为按照本发明的调温器的效率随着特别是热输入流体的温度增加而增加，所以用作冷却器、亦即例如用作车辆空气调节器是特别有利的。

为了提供对于产生磁热效应必需的磁性相互作用，提出：与每个磁场加热区域相配置地设置磁体布置结构，用以产生遍布所述磁场加热区域的磁场。

在此，一方面为了有效率的磁性相互作用并且另一方面为了热的有效率的导出或供应可以规定：在至少一个调温扇区中，所述磁体布置结构设置用于产生基本上径向定向的磁场，或/和所述载热介质流通装置构造用于产生基本上轴向穿流所述磁场加热区域和所述冷却区域的载热介质流。

备选地或附加地可以规定：在至少一个调温扇区中，所述磁体布置结构设置用于产生基本上轴向定向的磁场，或/和载热介质流通装置构造用于产生基本上径向穿流磁场加热区域和冷却区域的载热介质流。

为了可以以简单的方式提供在冷却区域和邻接的磁场加热区域之间的热交换，提出：为了提供载热介质流通装置，在至少两个邻接的调温扇区中设置至少一个从所述磁场加热区域引导到所述冷却区域的第一流通管道、至少一个从所述冷却区域引导到所述磁场加热区域的第二流通管道和流通泵。

为了提供在调温体容纳壳体中的调温体容纳空间，提出：所述调温体容纳壳体包括在第一径向侧上沿第一径向方向、优选径向向内界定所述调温体容纳空间的第一壳体周壁和在第二径向侧上沿第二径向方向、优选径向向外界定所述调温体容纳空间的第二壳体周壁。此外，可以规定：所述调温体容纳壳体包括在第一轴向侧上沿第一轴向方向界定所述调温体容纳空间的第一壳体端壁和在第二轴向侧上沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向界定所述调温体容纳空间的第二壳体端壁。以这种方式和方法实现一种结构，其中，调温体基本上完全被封装并且由此也可以在没有向外泄漏的危险的情况下由载热流通的载热流体穿流。

为了可以以限定的方式调节或定向对于产生磁热效应必需的磁场，提出：所述磁体布置结构在关于所述调温体容纳空间的第一径向侧或/和第一轴向侧上包括至少一个第一磁体并且在关于所述调温体容纳空间的第二径向侧或/和第二轴向侧上具有至少一个第二磁体。在这样的结构中，特别是可以通过使用分别一个或多个永磁体产生磁场。

为了利用在按照本发明的调温器中使用的热泵效应，提出：设置有能由热导出流体穿流的热交换器装置，用以放出热导出流体的热，或/和设置有由热输入流体可穿流的热交换器装置，用以接收热输入流体中的热。

按照本发明的另一方面，文首提及的任务通过一种调温器、特别是车辆调温器得以解决，该调温器包括：能由载热介质穿流的或/和环流的、以磁热材料构成的、优选环状的调温体，能绕旋转轴线旋转地容纳所述调温体的包括调温体容纳空间的调温体容纳壳体，多个沿周向交替相继的冷却区域和磁场加热区域，其中，至少一个冷却区域能由热输入流体穿流，至少一个磁场加热区域能由热导出流体穿流，并且其中，在至少一个冷却区域和与所述冷却区域邻接的磁场加热区域中设置从所述冷却区域到所述磁场加热区域以及从所述磁场加热区域到所述冷却区域的载热介质流通装置。

基于冷却区域和磁场加热区域的交替顺序，可以提供多级的热泵过程，其中，分别一个冷却区域和一个邻接的磁场加热区域可以配合作用，用以提供循环过程，该冷却过程包括由磁性相互作用引起的绝热加热和后续的在相应冷却区域中的绝热冷却。

在此，特别是可以规定：能由热输入流体穿流的冷却区域和能由热导出流体穿流的磁场加热区域彼此邻接地设置。

要指出的是，包括交替地沿周向相继的冷却区域和磁场加热区域的这样的结构可以与所有在先解释的特征组单独地或组合地构造。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明。附图中：

图1示出利用磁热效应的调温器的被打开地示出的透视图；

图2示出图1的调温器的轴向视图；

图3示出原理图，该原理图说明在图1的调温器中以多个过程级进行的热泵效应；

图4示出调温器的透视图，其中，描述不同的流体流动。

具体实施方式

在附图中，总体以10标记例如能用于热调节、特别是冷却车辆内部空间的调温器。在图1中以透视图示出的调温器10包括调温体容纳壳体12，该调温体容纳壳体例如可以由两个彼此基本上相同地构造的、沿壳体轴线A的方向相继地设置的壳体外壳14、16构成。壳体12或者说每个所述壳体外壳14、16构造有一般以18标记的例如构造成环形圆柱体的调温体容纳空间、径向向内界定的第一壳体周壁20和径向向外界定的第二壳体周壁22。在调温体容纳壳体12的两个轴向端部上，调温体容纳空间18例如可以通过相应的连接第一壳体周壁20和第二壳体周壁22的环状的壳体端壁24或26封闭。

在由此基本上流体密封地封装的调温体容纳空间18中，在该调温体容纳空间的造型形状方面与调温体容纳空间18的造型形状相匹配的并且由此例如同样基本上构造成环形圆柱体的调温体28绕壳体轴线A可旋转地容纳。调温体28可以在基本上固定的调温体容纳壳体12中通过例如也整合到该壳体中的电动驱动装置进行驱动，用以旋转。该驱动装置例如可以在调温体容纳壳体12的轴向端部区域中包括定子布置结构并且在调温体28的相配的轴向端部区域中包括电动机的与该调温体一起绕壳体轴线A可旋转的转子布置结构。调温体28以磁热材料构成。这样的磁热材料的特征在于，由于在所述材料运动到磁场中时进行磁力矩的取向，在所述材料中发生该材料的加热，而当磁热材料从磁场中运动出来时，进行冷却。通过交替地运动到磁场中和从磁场中运动出来，可以产生循环过程，其中，从处于磁场中的并且被加热的磁热材料中取走热并且给定位在磁场之外的并且由此处于较低的温度水平上的磁热材料供应热。该循环过程能实现将这样构造的调温器10用作热泵。

为了从调温体38导出热或者给调温体28供应热，该调温体由流体、通常液体环流或穿流。为此，调温体28可以配备有多孔的或构造有穿流开口或者说通道的结构，从而如下面还解释的那样穿流调温体容纳空间18的流体可以将热从调温体28导出或者将热输入到该调温体中。

调温器10的通常圆环状的结构在附图中示出的构造实例中如在图3中示出的那样分成总体上四个调温扇区I至IV。每个所述调温扇区I至IV沿周向绕壳体轴线A相继地或者说并排地设置地包括冷却区域30和磁场加热区域32。由此，得到四个调温扇区I至IV的冷却区域30和磁场加热区域32的交替的周边次序。

如在图1和2中可看出的那样，总体上四个磁场加热区域32中的每个磁场加热区域配置有一般以34标记的磁体布置结构。这些磁体布置结构34中的每个磁体布置结构例如可以构造有一个或多个相应地设置在第一壳体周壁20的区域中的磁体36、特别是永磁体以及一个或多个设置在第二壳体周壁22的区域中、亦即设置在调温体28的径向外部的磁体38、特别是永磁体。由此，可以与每个所述磁场加热区域32相配置地提供在示出的实例中基本上径向地遍布该磁场加热区域的磁场M。

在沿周向邻接的调温扇区中，在所述调温扇区中的一个调温扇区的冷却区域32和所述调温扇区中的另一个调温扇区的磁场加热区域32之间分别提供一般以40标记的载热介质流通装置。该载热介质流通装置包括从相应的磁场加热区域引导到邻接的冷却区域的第一流通管道42和从该冷却区域30引导到磁场加热区域32的第二流通管道44。在所述流通管道中的一个流通管道、例如第一流通管道42中，可以设置流通泵45，该流通泵可以运行，用以保持载热介质的流通。如图3示出这一点那样，在划分成总体上四个调温扇区I至IV时，总体上三个这样的载热介质流通装置40沿周向相继地设置。在此，结构上的构造可以是这样的，使得在相应的载热介质流通装置中流通的载热介质基本上沿壳体轴线A的方向、亦即基本上沿正交于在磁场加热区域32中提供的磁场M方向的方向穿流调温体28。为此，例如第一和第二流通管道42、44可以分别在第一壳体端壁24的或第二壳体端壁26的区域中通入到调温体容纳空间18中。要指出的是，在调温体容纳空间18中沿周向没有进行将不同的流体流通装置40相互分开。所述流体流通装置基本上通过如下方式提供或构造，即，在调温体容纳空间18中的调温体28的旋转过程中，在确定的周边区域中的流体分别进入调温体容纳空间18并且由此也进入调温体28中，并且在另一轴向端部区域上，在相同的周边区域中的流体也从调温体28或调温体容纳空间18中排出。

与调温扇区IV的冷却区域30相配置地设置热输入流体的一般以46标记的流通装置。该流通装置46包括流通管道48，该流通管道在调温扇区IV的冷却区域30的区域中在壳体端侧24或26上通入到调温体容纳空间18中，从而在该周边区域中，热输入流体可以导入到调温体容纳空间18和由此调温体28中并且也可以从调温体容纳空间和由此调温体中抽出。为了驱动热输入流体用以流通，在流通管道48中设置流通泵50。此外，设置有热交换器装置52，在该热交换器装置中，在流通管道48中流动的热输入流体可以接收热。例如可以在要导入到车辆内部空间中的空气和要在流通管道48中流通的热输入流体之间进行热相互作用。

与调温扇区I的直接与调温扇区IV的冷却区域30邻接的磁场加热区域32相配置地设置热导出流体的流通装置54。该流通装置54包括流通管道56，该流通管道在调温扇区I的磁场加热区域32的区域中在两个壳体端侧24、26上通入到调温体容纳空间18中，从而在该周边区域中可以产生热导出流体的遍布或/和环流调温体28的流动。为了驱动热导出流体用以流通，流通泵58设置在流通管道56中。此外，在流通管道56中设置热交换器装置60。在该热交换器装置60中，在流通管道56中流动的热导出流体可以将热传输给另一介质、例如在车辆内部空间之外的周围环境空气。

基于载热介质流通装置40彼此或者也关于热输入流体的流通装置46或热导出流体的装置流通装置54的在先提到的不存在的流体技术的分开，对于在不同的载热介质流通装置40中流通的载热介质使用与用于流通装置46或流通装置54相同的流体、特别是相同的液体。在这里，特别是可以在一个特别有利的构造方案中使用水作为流体。

下面描述调温器10的运行，该运行用于冷却在热交换器装置52的区域中与在流通装置46中流通的流体处于热相互作用中的空气，所述空气应供给到车辆内部空间中。为此，首先假定：在调温器10投入运行时，所有系统区域并且还有在不同区域中流通的流体处于相同的温度并且构造成环状的调温体在调温体容纳空间中沿逆时针方向旋转。

如果首先考虑调温体28的在初始状态下定位在调温扇区IV的冷却区域30中的周边区域中，则该周边区域在调温体28的旋转开始时逆时针地运动到调温扇区I的磁场加热区域32中。基于在磁场加热区域32中存在的磁场M中的自旋取向的在先已经解释的物理效应，调温体28的进入该磁场加热区域32中的区域变热。因此，该调温体具有处于在流通装置54中流动的热导出流体的处于周围环境温度水平的温度之上的温度。这意味着，热导出流体从调温体28接收热并且所述热在热交换器装置60的区域中例如传递给同样处于初始温度水平的周围环境空气。

以相应的方式，在所述过程开始时，环状的调温体28的之前定位在调温扇区IV的磁场加热区域32中的区域运动到调温扇区IV的冷却区域30中。因为在此调温体28的该区域从在调温扇区IV的磁场加热区域32中存在的磁场M中运动出来，所以自旋取向失去并且调温体28局部冷却。这意味着，在流通装置46中流动的热输入流体也冷却或将热传递给调温体28。相比于首先存在的周围环境温度离开调温体容纳空间18的热输入流体穿流热交换器装置52并且在此从处于较高的温度水平、首先亦即处于周围环境温度水平的并且要导入到车辆内部空间中的空气接收热。由此，所述空气冷却并且可以冷却地导入到车辆内部空间中。

在每个沿周向相继的流通装置40的区域中，在调温扇区I的磁场加热区域32和调温扇区IV的冷却区域30之间发生相应的过程。调温体28的进入磁场加热区域32中的每个周边区域被加热，并且调温体28的进入冷却区域30中的每个周边区域被冷却。为了在此产生包括借助载热介质传递热的在先提到的循环过程，设置流通装置40，从而这样的循环过程多级地相继地切换并且在每个沿周向相继的循环过程中可以引起调温体28在其沿逆时针方向运动时的温度变化、特别是温度下降。在相继的循环过程中产生的温度变化相加或者说叠加成总温度变化。这意味着，基于这个依次切换的循环过程，热从流通装置46中的热输入流体传递给流通装置54的热导出流体，这最终意味着，热从要导入到车辆内部空间中的空气传递给处于车辆之外的周围环境空气。

由于调温体28在调温体容纳空间18中旋转，发生调温体28在相继的调温扇区I至IV中的交替的加热过程或冷却过程。为了在调温体28旋转时能实现穿流相应的调温扇区I至IV的载热介质与调温体28的存在于其中的磁热材料充分地热相互作用，调温体28的旋转运行可以间歇或以可变的旋转速度进行。由此，可以确保，总是当调温体28的例如在其周边延伸方面与磁场加热区域的或冷却区域的周边延伸相应的区段运动到沿周向在后面的冷却区域或磁场加热区域中时，通过使调温体28的旋转速度暂时下降或者通过使调温体28暂时停止，载热介质可以从调温体28的在这种状态下定位在磁场加热区域中的部分中导出热或者以相应的方式在冷却区域中将热输入到调温体28中。在以较小旋转速度旋转的或不旋转的调温体28的这样的热交换阶段之间，调温体在运动阶段中进一步运动，直至调温体28的例如之前基本上定位在磁场加热区域的区域中的部分被定位在沿周向然后在后面的冷却区域中。在调温体不旋转或以较小速度旋转的阶段的持续时间可以这样选择，使得进行在调温体和载热介质之间必需的热传递。

在此不言而喻，通过根据其他分配也可以提供多于或少于四个这样的调温扇区和与此相关地产生的载热介质流通装置的串联。沿周向相继的冷却区域和磁场加热区域也不必必须分别构造有彼此相同的周边延伸。此外，调温器当然也可用于加热例如要导入到车辆内部空间中的空气。在这种情况中，在热交换器装置60的区域中与热导出流体出现热相互作用的空气引导到车辆内部空间中或从车辆内部空间中取出，并且不是在热交换器装置52的区域中与热输入流体出现热相互作用的空气。但是，因为在先提到多级相继的循环过程在载热介质的或热导出流体的或热输入流体的温度水平较高时较有效率地进行，按照本发明的调温器特别适用于在周围环境温度较高时冷却、亦即适合用作车辆空气调节器。

磁体布置结构34的在附图中示出的定位和由此引起的在相应地轴向穿流调温体容纳空间18时磁场的基本上径向的定向特别是对于提供相对大的磁场强度是特别有利的，因为通过彼此径向对置的磁体34、36基于其相邻相对近的定位可以产生大场强。尽管如此，完全可能的是，磁体备选地或附加地设置在壳体端侧24、26的区域中，从而原则上通过磁体布置结构34分别产生基本上轴向定向的磁场。同样地，在不同的冷却区域的或磁场加热区域的区域中，在那里分别连接的流通管道可能径向地供应或导出流通的流体。

Claims

1.调温器、特别是车辆调温器，该调温器包括：

-能由载热介质穿流的或/和环流的、以磁热材料构成的、优选环状的调温体(28)，

-能绕旋转轴线(A)旋转地容纳所述调温体(28)的包括调温体容纳空间(18)的调温体容纳壳体(12)，

-多个沿周向相继的调温扇区(I、II、III、IV)，各调温扇区分别包括冷却区域(30)和沿周向设置在所述冷却区域(30)旁边的磁场加热区域(32)，

-在至少两个邻接的调温扇区(I、II、III、IV)中，从所述调温扇区(I、II、III、IV)的一个调温扇区的磁场加热区域(32)到所述调温扇区(I、II、III、IV)的另一个调温扇区的冷却区域(30)和从所述调温扇区(I、II、III、IV)的所述另一个调温扇区的冷却区域(30)到所述调温扇区(I、II、III、IV)的所述一个调温扇区的磁场加热区域(32)的载热介质流通装置(40)，

其中，在至少一个调温扇区(I、II、III、IV)中，所述冷却区域(30)能由热输入流体穿流，用以将热输入该调温扇区(I、II、III、IV)中；或/和，在至少一个调温扇区(I、II、III、IV)中，所述磁场加热区域(32)能由热导出流体穿流，用以将热从该调温扇区(I、II、III、IV)导出。

2.按照权利要求1所述的调温器，其特征在于，与每个磁场加热区域(32)相配置地设置磁体布置结构(34)，用以产生遍布所述磁场加热区域(32)的磁场(M)。

3.按照权利要求2所述的调温器，其特征在于，在至少一个调温扇区(I、II、III、IV)中，所述磁体布置结构(34)设置用于产生基本上径向定向的磁场(M)，或/和所述载热介质流通装置(40)构造用于产生基本上轴向穿流所述磁场加热区域(32)和所述冷却区域(30)的载热介质流。

4.按照权利要求2或3所述的调温器，其特征在于，在至少一个调温扇区(I、II、III、IV)中，所述磁体布置结构(34)设置用于产生基本上轴向定向的磁场，或/和载热介质流通装置(40)构造用于产生基本上径向穿流磁场加热区域(32)和冷却区域(30)的载热介质流。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的调温器，其特征在于，为了提供载热介质流通装置(40)，在至少两个邻接的调温扇区(I、II、III、IV)中设置至少一个从所述磁场加热区域(32)引导到所述冷却区域(30)的第一流通管道(42)、至少一个从所述冷却区域(30)引导到所述磁场加热区域(32)的第二流通管道(44)和流通泵(45)。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的调温器，其特征在于，所述调温体容纳壳体(12)包括在第一径向侧上沿第一径向方向、优选径向向内界定所述调温体容纳空间(18)的第一壳体周壁(20)和在第二径向侧上沿第二径向方向、优选径向向外界定所述调温体容纳空间(18)的第二壳体周壁(22)。

7.按照权利要求6所述的调温器，其特征在于，所述调温体容纳壳体(12)包括在第一轴向侧上沿第一轴向方向界定所述调温体容纳空间(18)的第一壳体端壁(24)和在第二轴向侧上沿与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向界定所述调温体容纳空间(18)的第二壳体端壁(26)。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的调温器，其特征在于，所述磁体布置结构(34)在关于所述调温体容纳空间(18)的第一径向侧或/和第一轴向侧上包括至少一个第一磁体(36)并且在关于所述调温体容纳空间(18)的第二径向侧或/和第二轴向侧上具有至少一个第二磁体(38)。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的调温器，其特征在于，设置有能由热导出流体穿流的热交换器装置(60)，用以放出热导出流体的热，或/和设置有由热输入流体可穿流的热交换器装置(52)，用以接收热输入流体中的热。

10.调温器、特别是车辆调温器，该调温器包括：

-多个沿周向交替相继的冷却区域(30)和磁场加热区域(32)，其中，至少一个冷却区域(30)能由热输入流体穿流，至少一个磁场加热区域(32)能由热导出流体穿流，并且其中，在至少一个冷却区域(30)和与所述冷却区域邻接的磁场加热区域(32)中设置从所述冷却区域(30)到所述磁场加热区域(32)以及从所述磁场加热区域(32)到所述冷却区域(30)的载热介质流通装置(40)。

11.按照权利要求10所述的调温器，其特征在于，能由热输入流体穿流的冷却区域(30)和能由热导出流体穿流的磁场加热区域(32)彼此邻接地设置。