CN107076478A - 具有不等吹的磁制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种磁制冷设备包括一个或多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧。所述设备也包括向所述一个或多个磁热材料床施加时变磁场的磁体、热传递流体、循环所述热传递流体的装置、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)。

Description

具有不等吹的磁制冷系统

相关申请的交叉引用

本申请主张在2014年12月11日提交的美国专利申请序列号14/567,835的优先权，所述美国专利申请主张在2014年9月15日提交的美国临时专利申请序列号62/050,284的权益，所述两个申请的全文通过引用的方式并入本文中。

联邦政府资助声明

本发明在政府支持下，根据美国能源部授予的DE-AR0000128进行。美国政府对本发明具有某些权利。

背景技术

磁制冷(MR)大体是指利用某些磁热材料的磁热效应的制冷系统。磁热效应部分是指由于磁热材料暴露到变化的磁场所产生的磁热材料的温度变化。现代的室温磁制冷(MR)系统可采用主动式磁回热器(AMR)循环来执行冷却。

发明内容

磁制冷系统包括一个或多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧，以及被配置成向所述一个或多个床施加在高状态和低状态中的时变磁场的磁体。所述系统可进一步包括热传递流体、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)和被配置成通过所述一个或多个床、所述HHEX和所述CHEX循环所述热传递流体的泵。所述系统也可以包括阀，其被配置成当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述高状态中时，控制在持续时间Δt_H内从所述一个或多个床的所述冷侧到所述相应床的所述热侧并通过所述HHEX的平均流速为Φ_H的所述热传递流体的流动。所述阀可以另外被配置成当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述低状态中时，控制在持续时间Δt_C内从所述一个或多个床的所述热侧到所述相应床的所述冷侧并通过所述CHEX的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动。所述流速和所述持续时间的关系可以包括Δt_C＞Δt_H，Φ_C＜Φ_H，以及Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

磁制冷设备可以包括多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧，以及被配置成向所述多个床施加在高状态和低状态中的时变磁场的磁体。所述设备可以进一步包括热传递流体、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)和被配置成通过所述多个床、所述HHEX和所述CHEX循环所述热传递流体的泵。所述设备也可以包括第一入口阀、第一出口阀、第二入口阀和第二出口阀，所述第一入口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述CHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述冷侧，所述第一出口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述HHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述热侧，所述第二入口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述HHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述热侧，所述第二出口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述CHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的冷侧。在所述第一入口阀中的所述槽和在所述第一出口阀中的所述槽可以被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述高状态中时，允许在持续时间Δt_H内从所述床中的每者的所述冷侧到所述床中的每者的所述热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动。在所述第二入口阀中的所述槽和在所述第二出口阀中的所述槽可以被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，允许在持续时间Δt_C内从所述床中的每者的所述热侧到所述床中的每者的所述冷侧的平均流速为Φ_C的热传递流体的流动。所述流速和所述持续时间的关系可以包括Δt_C＞Δt_H，Φ_C＜Φ_H，以及Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

磁制冷设备可以包括多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧以及被配置成向所述多个床施加时变磁场的磁体。所述设备也可以包括热传递流体、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)以及被配置成通过所述多个床、所述HHEX和所述CHEX循环所述热传递流体的泵。所述设备可以进一步包括冷侧阀，其具有距所述冷侧阀的中心的第一半径和距所述冷侧阀的所述中心的第二半径，所述冷侧阀包括第一部件，其具有沿所述第一半径的第一系列孔和沿所述第二半径的第二系列孔，其中，所述第一系列孔中的每者流体连接至所述多个床中的每者的冷入口管道，并且其中，所述第二系列孔中的每者连接至所述多个床中的每者的冷出口管道，并且也包括第二部件，其具有沿所述第一半径流体连接至所述CHEX的出口的第一槽和沿所述第二半径流体连接至所述CHEX的入口的第二槽。所述设备也可以包括热侧阀，其具有距所述热侧阀的中心的第三半径和距所述热侧阀的所述中心的第四半径，所述热侧阀包括第一部件，其具有沿所述第三半径的第三系列孔和沿所述第四半径的第四系列孔，其中，所述第三系列孔中的每者流体连接至所述多个床中的每者的热入口管道，并且其中，所述第四系列孔中的每者流体连接至所述多个床中的每者的热出口管道，以及第二部件，其具有沿所述第三半径流体连接至所述HHEX的出口的第三槽和沿所述第四半径流体连接至所述HHEX的入口的第四槽。所述第一槽、所述第二槽、所述第三槽和所述第四槽可以被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述高状态中时，允许在持续时间Δt_H内从所述多个床中的每者的所述冷侧到所述相应床的所述热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动。所述第一槽、所述第二槽、所述第三槽和所述第四槽可以另外被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，允许在持续时间Δt_C内从所述多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧的平均流速为Φ_C的热传递流体的流动。所述流速和所述持续时间的关系可以包括Δt_C＞Δt_H和Φ_C＜Φ_H，以及Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

磁制冷和流体冷却设备可以包括一个或多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧，以及被配置成向所述一个或多个床施加在高状态和低状态中的时变磁场的磁体。所述设备可以进一步包括热传递流体、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)、流体冷却热交换器(HEX)，以及被配置成通过所述一个或多个床、所述HHEX、所述CHEX和所述HEX循环所述热传递流体的泵。所述设备也可以包括阀，其被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述高状态中时，控制在持续时间Δt_H内从所述一个或多个床中的每者的所述冷侧到所述一个或多个床中的每者的所述热侧的平均流速为Φ_H的所述热传递流体的流动。所述阀可以另外被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，控制在持续时间Δt_C内从所述一个或多个床中的每者的所述热侧到所述一个或多个床中的每者的所述冷侧的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动。所述阀可以另外被配置成当施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，引导从所述一个或多个床中的每者的所述冷例出射到所述HEX和出射到所述相应床的所述热侧的所述热传递流体的馏分f。所述流速、所述持续时间以及所述热传递流体的所述馏分f的关系可以包括Δt_C＞Δt_H，以及Δt_HΦ_H＝(1-f)Δt_CΦ_C。

方法可以包括将多个磁热材料床旋转入和旋转出磁体的磁场以形成具有高状态和低状态的时变磁场，其中，所述时变磁场被施加于所述多个床中的每者。所述方法也可以包括当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述高状态中时，旋转阀以控制在持续时间Δt_H内从所述多个床中的每者的冷侧到所述相应床的热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动。所述阀可以在施加于所述相应床的所述时变磁场在所述低状态中时，控制在持续时间Δt_C内从所述多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动。所述流速和所述持续时间的关系可以包括Δt_C＞Δt_H，Φ_C＜Φ_H，以及Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

方法可以包括围绕多个磁热材料床旋转磁体的磁场以形成相关于所述多个床中的每者的具有高状态和低状态的时变磁场。所述方法也可以包括当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述高状态中时，旋转阀以控制在持续时间Δt_H内从所述多个床中的每者的冷侧到所述相应床的热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动。所述阀可以在施加于所述相应床的所述时变磁场在所述低状态中时，控制在持续时间Δt_C内从所述多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动。所述流速和所述持续时间的关系可以包括Δt_C＞Δt_H，Φ_C＜Φ_H，以及Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

附图说明

图1A至图1D示出使用AMR循环的磁制冷机系统。

图2A(平面视图)和图2B(以A-A从图2A截取的横截面)示出根据说明性实施例的可以用来表征呈局部环形区的形状的间隙体积的参数。

图3示出根据说明性实施例的作为磁体组件的高场区域的角范围的函数的等吹系统和不等吹系统的最小床体积。

图4示出根据说明性实施例的作为所述高场区域的角范围的函数的从不等吹优化过程获得的用于3500W系统的优化热吹和冷吹持续时间。

图5示出根据说明性实施例的从所述优化过程获得的热吹和冷吹流速。

图6A和图6B示出根据说明性实施例的具有两个相同线性置换器的磁制冷系统的示意图。

图7A和图7B示出根据说明性实施例的具有四个受控阀的磁制冷系统的示意图，其中，两个受控阀在所述冷侧上以及两个受控阀在所述热侧上。

图8示出根据说明性实施例的定子和转子，所述定子具有居于距盘的中心的径向距离的中心的环形孔，所述转子具有居于距所述盘的所述中心的与所述定子的孔相同的径向距离的中心的特定角范围的内槽。

图9示出根据说明性实施例的冷入口阀和热出口阀的转子槽，其角范围比热入口阀和冷出口阀的转子槽更小。

图10示出根据说明性实施例的具有改动旋转盘阀以提供不等热和冷吹持续时间和流速的磁制冷系统。

图11示出根据说明性实施例的用在图10的实施例的所述阀中的转子盘和定子盘。

图12示出根据说明性实施例的具有数量等于床的数量的孔对的冷侧转子和热侧转子。

图13示出根据说明性实施例的通过磁制冷系统中的所选择床的热吹流体路径。

图14示出根据说明性实施例的具有进行热吹的第一所选择床和同时进行冷吹的第二床的磁制冷系统。

图15示出根据说明性实施例的具有带有特定角范围的槽的转子和具有8个孔的环的定子。

图16示出根据说明性实施例的对于N＝8，定子中的孔与床的阀的关联。

图17示出根据说明性实施例的具有进行热吹的第一所选择床和同时进行冷吹的第二床的磁制冷系统。

图18为根据说明性实施例的说明各种不同角范围的NdFeB质量的表格。

图19A和图19B示出根据说明性实施例的作为流体冷却器操作的磁制冷系统的示意图。

具体实施方式

磁制冷(MR)为基于磁热效应，即，某些材料当被置于磁场中时变热和当所述场被去除时冷却所表现出的特性的出射冷却技术。磁制冷相对于为目前最广泛使用的冷却方法的蒸汽压缩提供许多不同的优点。首先，MR不使用氢氟碳(HFC)、氯氟碳化物(CFC)或任何其它气态物质。而是，MR系统中的制冷剂呈多孔固体的形式。不存在任何气体大大降低在蒸汽压缩系统中为普遍问题的泄漏的可能性。因此，MR系统可以具有减少维护和停工时间的更大可靠性。消除HFC和CFC对于环境是有好处的，因为这些气体消耗臭氧并造成全球变暖。最后，理论研究表明MR系统比蒸汽压缩系统可以更高效节能，特别是在非峰值负载状况下。

现代的室温MR系统实现了执行冷却的所谓的主动式磁回热器(AMR)循环，如在美国专利第4,332,135号中公开。该循环具有四个阶段，如图1示意性所示。在该图中的MR系统包括多孔磁热材料(MCM)床190和热传递流体，在所述热传递流体流过所述床时，其与所述MCM交换热量。所述床的左侧为冷侧，而所述热侧在右侧上(另选地，取向可不同)。流体流动的计时和方向(热到冷或冷到热)通过磁场192的施加和去除来进行协调。在图1A的所述循环的第一阶段(“磁化”)中，在所述床190中的所述流体停滞时，磁场192被施加于所述MCM，致使所述MCM发热。在图1B的下一阶段(所述“热吹”)中，在所述床上的所述磁场192被保持时，温度为TCi(冷入口温度)的流体经由所述冷入口182通过所述床190从所述冷侧被泵送到所述热侧。该流体从在所述床中的所述MCM提取热量并在其穿过所述床时温度上升。在所述热吹期间，所述流体以温度T_Ho(热出口温度)经由热出口186退出所述床并通过热交换器194循环，其在所述热交换器向周围环境释放热量并返回到温度T_Hi(热入口温度)＜T_Ho。在图1C的下一阶段(“退磁”)中，所述流体流动被终止并且所述磁场被去除。这致使所述床190进一步冷却。在图1D的最后一阶段(所述“冷吹”)中，流体在持续不存在所述磁场的情况下，以温度T_Hi通过所述床经由热入口188从所述热侧泵送到所述冷侧。所述流体在其穿过所述床190中的所述MCM时被冷却，从而达到温度TCo(冷出口温度)＜T_Ci。在所述冷吹期间经由冷出口184流出所述床的更冷流体通过冷侧热交换器196循环，从制冷环境拾取热量并允许其保持其更冷的温度。所述流体以温度T_Ci流出所述冷侧热交换器196并完成所述AMR循环。所述MR系统的冷却功率Q_C可以由下面的方程式1表示：

方程式1：Q_C＝(T_Ci-T_Co)ρ CΦ_C

排空到温热周围环境的热量Q_H可以由下面的方程式2表示：

方程式2：Q_H＝(T_Ho-T_Hi)ρCΦ_H

其中，ρ为所述热传递流体的密度，C为其热容量，以及Φ_H、Φ_C分别为在所述热吹和冷吹期间通过所述系统的平均体积流速。符号Δt_H和Δt_C在本文中分别用于指代所述热吹和冷吹的持续时间。执行所述AMR循环的四个阶段所需的时间被称为循环周期并且其倒数被称为循环频率。所述MR系统的温度跨度被定义为所述入口流体的温差：T_Hi-T_Ci。

图1示出单床MR系统的操作。在替代实施例中，多个床可被组合在单个系统中以增加冷却功率、减小所述系统尺寸或以其它方式改善所述循环的性能，其中，每个床进行相同的AMR循环。

为实现所述AMR循环，磁制冷机利用MCM的一个或多个多孔床、热传递流体、驱动所述流体通过所述床的泵、用于向所述床施加和去除磁场的过程，以及借助所述磁场在床上的施加和去除来协调所述流体流过所述床的计时和方向的流量控制系统。在磁制冷机中的所述AMR循环的一个实施方案中，由单独的相同床形成的轮盘通过永磁体组件中的间隙旋转。在此布置中，所述磁场在给定床进入所述磁体组件中的所述间隙时被施加于给定床，所述场在所述床旋转通过所述间隙时得以保持，并且在所述床上的所述场在所述床从所述间隙旋转出时被去除。所述床在其在所述磁体组件的所述间隙外部时不经受磁场。被称作“旋转床”磁制冷机或RBMR的此布置在美国专利第6,526,759号中描述。

在磁制冷机中的所述AMR循环的第二实施方案中，带有间隙的磁体组件相对于固定的MCM床旋转。当所述磁体组件相对于给定床旋转时，所述磁场被施加于所述给定床。所述场在所述床保持在所述磁体间隙内时保持在所述床上。在所述磁体旋转远离所述给定床时，所述磁场被去除。被称作旋转磁体磁制冷机或RMMR的此布置在美国专利第6,668,560号中描述。

通常，1-2特斯拉的磁场被用于有效地利用所述磁热效应以用于商业相关的制冷。此场通常由强有力的NdFeB磁体连同带有高磁导率的以所希望的模式引导磁通量的元件(例如，软铁)的组件提供。用在磁制冷系统中的一种磁体组件为在美国专利第6,946,941号中描述的改动Halbach阵列。此组件被设计成用于在弧形区域上产生适合于旋转架构的大的场。因为它们使用稀土元素Nd和Dy，所以NdFeB磁体是昂贵的，并且磁制冷系统的成本由其使用的所述NdFeB磁体的成本支配。因此，为了商业上切实可行，磁制冷系统应使用绝对最小质量的NdFeB。

在采用在床和所述磁体间隙之间的相对旋转来施加和去除对所述床的磁场的磁制冷系统，例如RBMR或RMMR中，所述磁体组件被设计成用于在所述间隙体积中产生高磁场，所述磁热材料被放置到床壳体中。在说明性实施例中，此间隙体积2呈局部环形区的形状并且可以由如图2a(平面图)和图2b(以图2A中所示的线A-A截取的横截面)中所示的四个参数表征：间隙高度H、内部间隙半径R₁、外部间隙半径R₂和间隙角范围D(以度为单位被测量)。给定这些参数，高场区域2的体积可以由方程式3表示：

方程式3：

在所述高场体积2中保持所希望的场强度所需的NdFeB质量随着此体积增大而增大。因此，为将所述磁体组件所需的所述NdFeB质量降至最低，所述高场体积2可以被降至最低。本文所述的主题通过减小其角范围D来减小所述高场区域2的体积。然而，此行为本身将降低可以从床获得的冷却功率(原因有待于在下面描述)，从而需要增大床的尺寸以满足所述MR系统的所希望的冷却功率目标。增大床尺寸继而涉及增大间隙高度H或间隙径向间隙深度R₂-R₁以容纳更大的床(或多个床)。本申请的主题将所述高场区域的角范围减小与使用不等持续时间和不等流速的热吹和冷吹进行组合以将冷却功率的下降和床尺寸的增大降至最低。通过所述热吹和冷吹的不等持续时间和流速，与D减小相关联的间隙体积2的所述减小多于弥补所述更大床必要的H和径向间隙深度的所述增大，并由此引起所述磁体组件的所述间隙体积2和所述NdFeB质量的净减小。

在利用所述磁体组件和所述床之间的相对旋转的磁制冷系统中，床将在持续时间Δt_M＝D/ω内被磁化，其中，ω为在所述床和磁体组件之间的相对旋转速率(以度每秒为单位)。在所述床被磁化时执行所述热吹，并且如果所述热吹持续时间Δt_H超出Δt_M，则在所述床为冷(去磁)时执行冷到热流体流动。这将浪费仅从热到冷流体流动获得的所述冷(去磁)床的冷却功率中的一些。另一方面，如果Δt_H小于Δt_M，则将不利用可供用于从所述磁热材料排热的时间中的一些。在此情况下，依靠所述磁热效应在所述磁化床中生成的热量中的一些可能不完全排空，并且所述床将保持比所需的温度更暖，并因此当所述场被去除时将不提供尽可能多的冷却功率。因此，在恰当设计的磁制冷系统中，预期Δt_H≈Δt_M＝D/ω。

到目前为止的所有磁制冷系统采用等吹持续时间，其中，Δt_H＝Δt_C。因为磁制冷机使用闭合流体循环系统，流体质量守恒规定在所述吹期间的流速也必须相等：Φ_H＝Φ_C。出于本申请的目的，利用等吹持续时间和速率的系统被称作“等吹”系统。对于此类系统，显而易见的是，最大冷却功率将利用约180度的最大可能D值获得。如果D减小低于此最大值，则所述热吹持续时间将减少，并因为所述吹具有相等持续时间，也将减少所述冷吹持续时间。因此，所述系统将具有在吹之间的不发生流动的增加的时间(被称作驻留时间)。在不存在流动的情况下，所述MR系统不可排出热量或采集冷却功率，因此系统性能在所述驻留时间增加时受损害。出于此原因，等吹系统的性能有利于带有大的角范围的磁体组件。而且应注意，在等吹系统中，特别是仅带有很少床的系统中实现流量控制和垂直是相对简单的。

为了定量说明这些点，可以使用等吹磁制冷系统的理论模型，例如在威斯康星大学麦迪逊分校的K.Engelbrecht的博士毕业论文《通过实验验证的主动式磁回热器制冷机的数值模型(A numerical model of an active magnetic regenerator refrigerator)》(2008)中所述的理论模型。已知此类模型精确预测磁制冷系统性能。此模型可以用来获得满足作为由所述磁体组件制造的所述高场区域的所述角范围D的函数的所希望的目标冷却功率所需的最小床体积。

为评估磁制冷系统的性能，应指定定义其操作状态、床几何结构、床组成和场形状连同所述热传递流体的特性的所有参数。这些参数包括制冷循环频率、所述高场区域的角范围、在所述高场区域中的峰值场、流速、持续时间与所述热吹和冷吹的起始时间、在开始所述循环时床相对于所述磁体的位置、所述MCM在所述床中的粒度和填充孔隙度与此MCM的特性(热容量、密度、热导率、熵)。另外，为改善性能，一般来说，床将包含具有不同特性的许多层的MCM，并且这些层的特性(例如，它们的居里温度和厚度)应被指定。因此，为满足给定D值的特定冷却功率目标所需的最小床体积的评估表示优化问题，在所述优化问题中，定义所述系统的所述参数可以有系统地改变直到发现将所述床体积降至最低的值为止。另外，所述优化过程也应确保所述系统产生所希望的冷却功率连同所希望的其它性能限制。例如，磁制冷系统可以被设计成用于在24.7℃的温度跨度提供性能系数(COP)＝4的3500W的冷却功率。常用作制冷系统的能量效率的量度的所述COP为由所述系统传递的所述冷却功率对所述系统的总电力消耗的比率。在此示例中使用的性能目标对于高效的家庭空调系统是典型的。在所述间隙体积上的平均场可以被固定在1.5特斯拉。而且，所述系统可以使用12个相同的床(每个床产生总冷却功率3500W的1/12)，每个床具有14个MCM层。

图3示出作为所述磁体组件的所述高场区域的角范围的函数(上部曲线)的此等吹系统需要的最小床体积(也就是说，在所述系统中的所有12个相同床的最小组合体积)。此最小床体积可以通过使用自动化数值优化过程获得，所述自动化数值优化过程例如由P.Gill，W.Murray和M.Wright在《实用优化(Practical Optimization)》，学术出版社(1981)中论述。

本发明人已确定在所述高场区域的所述角范围增大时，可以从给定床体积获得更多冷却功率，因此，在所述高场区域的所述角范围增大时，满足3500W的冷却功率目标所需的所述最小床体积减小。这种减小是明显的：对于在这里所考虑的示例，在所述角范围从100度改变到170度时，所需的床体积下降二分之一。

如上所述，在等吹情形中，在所述高场区域的所述角范围减小时，所述热吹的持续时间Δt_H也减小，从而产生较少时间以用于排出通过施加所述磁场在所述床中生成的所有热量。然而，假设上述示例通过减小所述磁体的所述角范围、减少所述热吹持续时间、去除所述等吹限制和尝试通过在此减少热吹持续时间期间增大所述流速以补偿所述热吹的减少持续时间来进行改动，而无需(对于此刻)改变所述冷吹的所述持续时间或流速。这些改动将具有两个效果。首先，在所述热传递流体和在所述床中的所述MCM的固体颗粒之间的表面热传递系数将在所述热吹中变得更大，以便所述流体将能够从所述MCM提取更多热量，其中，所述表面热传递系数大体上为流速的增函数。其次，穿过所述床的增大的流体体积将能够带走更多热量。因此，在所述热吹期间流速的所述增大应允许所述热吹更有效，从而增大从所述磁化床排出的所述热量并当所述场被去除时允许所述床更冷。这应该将与所述减少热吹持续时间相关联(继而与所述高场区域的所述减小角范围相关联)的冷却性能的所述减小缓解到一定范围。

因为磁制冷机采用闭合流体循环系统，在所述热吹期间通过床发送的热传递流体的所述量必须等于在所述冷吹期间通过所述床发送的流体的所述量，因此，所述吹的所述流速和持续时间必须满足在下面的方程式4中所阐述的关系：

方程式4：Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

当所述热吹持续时间减少和所述热吹流速增大时，所述冷吹持续时间和流速可以保留在它们的等吹值。然而，这将保持在所述吹之间的不必要的长驻留时间，所述长驻留时间浪费所述制冷循环的一部分。当所述高场区域具有减小的角范围时，床将在更长持续时间内为冷(去磁)。此附加时间可以通过增加所述冷吹的所述持续时间Δt_C来利用，这将为捕获所述循环的所述冷却功率提供更多时间。在此情况下，为满足方程式4，可以减小在所述冷吹期间的所述流速。减小所述流速将具有当所述热传递流体的粘度为最大时在所述冷吹期间减少粘性耗散的另外好处(尽管通常较小)。

通过这些总体考虑，本发明人提出通过全部以满足方程式4的方式引入不等吹(其中，所述热吹持续时间减少、所述冷吹持续时间增加、所述热吹流速增大和所述冷吹流速减小)引入，与在所述等吹情况中的所述高场区域的所述角范围的减小相关联的冷却功率的损失中的一些可以被回收。在所述等吹情况中的冷却功率的此损失通过图3中的上部曲线来示范，其中，用于产生3500W的冷却功率的最小床体积在所述高场区域的所述角范围减小时必须变大。

为验证此期望，理论建模可以被应用于上面考虑的磁制冷系统被限制为在24.7℃的跨度提供COP＝4的3500W冷却功率的示例。具体地说，满足这些性能状况的所述最小床体积可以通过丢弃所述等吹限制并允许所述两个吹的所述持续时间和流速独立地改变，仅受方程式4约束来确定。为满足在此不等吹情况中的所述系统性能要求所需的所述最小床体积被示为图3中的底部曲线。在170度，不等吹相对于等吹仅提供微弱优点，但是此优点在所述角范围减小时快速增大。而且，正如所预期的，在所述高场区域的所述角范围减小时，使用不等吹相对于所述等吹情况产生性能的明显改善。例如，在100度的角范围的情况下，使用不等吹仅需要500cm3的床体积，而当强制受到等吹限制时，需要800cm³的床体积。

图4示出从不等吹优化过程获得的所述3500W系统的作为所述高场区域的角范围D的函数的优化热吹和冷吹持续时间。所述吹持续时间已经通过除以所述循环周期来归一化。图5示出作为D的函数的从所述优化过程获得的所述热吹和冷吹流速。正如从上面总体考虑所预期的，在所述角范围减小时，所述优化热吹持续时间减少和所述流速增大，而所述冷吹持续时间增加并且所述流速减小。

为了在商业上切实可行，MR系统应使用最小可能的NdFeB量，一般来说，这通过最小化方程式3给出的所述间隙体积来获得。此间隙体积与所述角范围D成比例，并且其被视为在减小D时在图3中发生什么。在所述角范围减小时，满足在所述等吹情况(上部曲线)或不等吹情况(下部曲线)的任一者中的所述系统性能要求所需的所述床体积增大，并且为了提供更大床体积，可以增大所述间隙高度H、所述径向间隙深度R₂-R₁或这两者。因此，方程式3中的项将增大。如果在此项中的分数增大小于D中的分数减小，则由于减小D将减小所述间隙体积。在此情况下，所述NdFeB质量可以通过减小所述高场区域的所述角范围来减小，即使这将产生床体积的增大。因此，显而易见的是，关于图3，当采用不等吹时，随着减小角范围，所述床体积的增大速率比等吹小得多。例如，在等吹的情况下，所述角范围从170度减小到140度致使所述床体积增大21％。在不等吹的情况下，所述床体积仅增大4％。这意味着在不等吹的情况下，角范围的减小应通过比在等吹的情况下所需小得多的所述间隙高度或径向深度的增大来补偿。因此，在不等吹的情况下，通过减小所述高场区域的所述角范围可以实现整个间隙体积和NdFeB质量的甚至更大的减小。实际上，在等吹的情况下，间隙体积的任何减小将通过所述角范围的减小来获得是不明显的。因此，本文中所公开的主题涉及在磁体组件和一个或多个床之间采用相对旋转的磁制冷系统，其中，所述热吹的所述持续时间与所述高场区域的所述角范围成比例，并且其中，通过方程式4限制的不等热吹和冷吹持续时间以及流速与所述高场区域的所述角范围的减小进行组合以减小所述间隙体积，并因此减小所述磁体组件中的所述NdFeB质量。

为证明可以通过与不等吹组合的角范围的减小来实现NdFeB质量的明显减小，对于沿图3中的所述不等吹曲线的若干角范围，商业磁体仿真软件用来设计采用改动的Halbach阵列的形式的磁体组件。图18包括说明针对所述高场区域的不同角范围进行优化的系统的所计算的NdFeB质量的表格。对于所有这些设计，所述间隙高度H保持固定在26.4mm。另选地，可使用不同的间隙高度。

在不等吹的情况下，可以看出，将所述高场区域的所述角范围从160度减小到110度将所计算的NdFeB质量从56.7kg减小到42.4kg，质量减小25％。在图18中的NdFeB质量减小的数值仅对在这里被视为特定MR系统和改动的Halbach磁体组件施加时，关于上述减小角范围和不等吹的情况下的MR系统的性能的总体原理表明本发明主题将大体上产生所述磁体组件所需的所述间隙体积和所述NdFeB质量的减小。

第一实施例

在第一实施例中，在所述RMMR配置中的磁制冷系统使用四个阀和两个相同的线性置换器以提供不等的热吹和冷吹持续时间以及流速。所述阀和线性置换器通过可编程微处理器来控制。假设所述热传递流体为相对不可压缩的液体，例如水。另选地，可使用不同的热传递流体。所述第一实施例(图6a和图6b)采用单个固定的磁热材料床30。床30具有四个流体端口，冷入口端(Ci)32、冷出口端(Co)34、热入口端(Hi)36和热出口端(Ho)38。

此实施例采用具有间隙的旋转磁体组件，如图2所示，此间隙为环形区的一部分。在此间隙内，所述磁体组件产生高磁场。所述固定床和所述磁体间隙被布置成使得在所述磁体组件相对于所述床旋转时，所述床拟合在所述间隙内部。在作为磁制冷机操作期间，所述床在所述磁体组件相对于所述床旋转和所述床进入所述间隙时变为磁化。当所述磁体组件旋转远离所述床时，所述床变为去磁。在所述系统中的所述流动被配置成使得在所述制冷循环的所述热吹阶段期间，所述热吹阶段在所述床被磁化时发生(即，当所述床在所述磁体组件的所述间隙内时)，流动通过所述床从其冷入口端到其热出口端进行，并且在所述制冷循环的所述冷吹阶段期间，当所述床被去磁时(即，当所述床完全在所述磁体组件的所述间隙外部时)，流动通过所述床从其热入口端到其冷出口端进行。在图6a和图6b中提供了此实施例的示意图。

通过所述系统的流动通过两个相同的线性置换器来提供，一个用于所述冷侧40，以及一个用于所述热侧42，如在图6a和图6b的顶部所示。每个置换器具有截面积为A以及位移长度为L的流体体积隔室44和46，使得流体位移体积A×L等于共有的热吹和冷吹体积，如在下面的方程式5中所述：

方程式5：A×L＝Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

所述线性置换器通过未在附图中示出的两个单独的电机(例如，步进电机)来驱动。每个线性置换器具有输出端口48和50，流体在来自所述置换器的压力下从所述输出端口48和50出射，以及输入端口52和54，流体可以通过所述输入端口52和54填充所述置换器的流体腔室。通过所述输入端口和输出端口的单向流动可以例如通过止回阀或通过微处理器控制的阀来建立。

首先考虑具有四个止回阀的系统6，两个止回阀在所述冷侧56和58上，以及两个止回阀在所述热侧60和62上，如图6a和图6b中所示。在所述冷侧上，所述冷入口止回阀56允许至所述床30的所述冷入口端32的流动，而所述冷出口止回阀58允许来自所述床30的所述冷出口端34的流动。在所述热侧上，所述热入口止回阀60允许至所述床30的所述热入口端36的流动，而所述热出口止回阀62允许来自所述床30的所述热出口端38的流动。最后，所述系统6具有两个热交换器64和66，一个热交换器在所述冷侧上(CHEX)64，其从有待于制冷的所述环境吸收热量，以及一个热交换器在所述热侧上(HHEX)66，其向较温热的周围环境排放热量。

在所述冷吹期间，当所述床30被去磁时系统6的操作在图6a中示出。在开始所述冷吹时，所述热侧线性置换器42的所述流体腔室46以温度T_Hi的流体填充，所述热侧线性置换器42驱动在所述制冷循环的此阶段期间的所述流动。用于所述热侧线性置换器的所述电机由所述微处理器控制，使得所述置换器在所述冷吹的期望持续时间Δt_C内被驱动总位移长度L。也就是说，所述电机以大致恒定的速度驱动所述热侧线性置换器，如由下面的方程式6指示：

方程式6：v_C＝L/Δt_C。

在所述冷吹期间，所述热入口止回阀60将由所述置换器驱动的所述流动引导至所述去磁床30的所述热入口端36。在所述冷吹期间，所述热出口止回阀62阻塞至所述床30的所述热出口端38的流动。所述冷出口止回阀58允许从所述床30的所述冷出口端34继续向所述冷侧热交换器64流动。在所述冷吹期间，所述冷入口止回阀56阻塞来自所述床30的所述冷入口端32的流动。

来自所述热例线性置换器42的所述流体在其从所述热入口端36穿过所述床30至所述冷出口端34时被冷却，并向所述床中的冷去磁MCM释放热量。此流体以温度T_Co在所述冷出口端34出射并穿过所述冷出口止回阀58至所述冷侧热交换器64，所述流体在此处从制冷环境吸收热量，从而允许此环境保持其更冷的温度。所述流体以温度T_Ci退出所述冷侧热交换器64并填充所述冷侧线性置换器40的所述流体腔室44。

在完成所述冷吹之后(即，在时间间隔Δt_C)之后，所述磁体相对于所述床旋转，并且在所述床中的所述MCM利用所述磁热效应变热。此时，开始在图6b中示出的所述制冷循环的所述热吹阶段。以来自所述先前冷吹的温度T_Ci的流体填充的所述冷侧线性置换器40在所述热吹期间驱动所述流动。用于所述冷侧线性置换器的所述电机由所述微处理器控制，使得所述置换器在所述热吹的期望持续时间Δt_H内被驱动总位移长度L。也就是说，所述电机以大致恒定的速度驱动所述冷侧线性置换器，如由下面的方程式7指示：

方程式7：v_H＝L/Δt_H。

在所述热吹期间，所述冷入口止回阀56允许流体从所述置换器40传送至所述磁化床30的所述冷入口端32。所述冷出口止回阀58阻塞至所述床30的所述冷出口端34的流动。所述热出口止回阀62允许从所述床30的所述热出口端38继续流动至所述热侧热交换器66。最后，所述热入口止回阀60阻塞来自所述热入口端36的流动。来自所述冷侧线性置换器40的所述流体从所述热磁化磁热材料获得热量，并在其从所述冷入口端32穿过所述床30到所述热出口端38时温度上升。此流体以温度T_Ho在所述热出口端38出射并穿过所述热出口止回阀62至所述热侧热交换器66。在所述热交换器66中，所述流体将热量排放到周围环境中。所述流体以温度T_Hi退出所述热侧热交换器66并填充所述热侧线性置换器42的所述流体腔室46，从而完成所述制冷循环。此流体现在可供用于下一制冷循环的所述冷吹阶段。

所述系统的替代布置具有四个受控阀，两个受控阀在所述冷侧上，以及两个受控阀在所述热侧上，如图7a和图7b所示。在所述冷侧上，所述冷入口阀76控制至所述床30的所述冷入口端32的流动，而所述冷出口阀78控制至所述床30的所述冷出口端34的流动。在所述热侧上，所述热入口阀80控制至所述床30的所述热入口端36的流动，而所述热出口阀82控制至所述床30的所述热出口端38的流动。最后，所述系统7具有两个热交换器，一个热交换器在所述冷侧上64(CHEX)，其吸收来自有待于制冷的所述环境的热量，以及一个热交换器在所述热侧上66(HHEX)，其向较温热的周围环境排放热量。

在所述冷吹期间，当所述床被去磁时的所述系统操作在图7a中示出。在开始所述冷吹时，所述热侧线性置换器42的所述流体腔室46以温度T_Hi的流体填充，所述热侧线性置换器42驱动在所述制冷循环的此阶段期间的所述流动。用于所述热侧线性置换器的所述电机由所述微处理器控制，使得所述置换器在所述冷吹的期望持续时间Δt_C内被驱动总位移长度L。也就是说，所述电机以方程式6给出的大致恒定的速度驱动所述热侧线性置换器。

在所述冷吹期间，所述微处理器打开所述热入口阀80，使得由所述置换器42驱动的所述流动被允许继续通过所述热入口阀80至所述去磁床30的所述热入口端36。所述微处理器在所述冷吹期间同时闭合所述热出口阀82，从而阻塞至所述床30的所述热出口端38或来自所述床30的所述热出口端38的流动。所述微处理器打开所述冷出口阀78以允许从所述床30的所述冷出口端34继续流动至所述冷侧热交换器64。所述微处理器在所述冷吹期间闭合所述冷入口阀76，从而阻塞至所述床30的所述冷入口端32或来自所述床30的所述冷入口端32的流动。

来自所述热侧线性置换器42的所述流体在其从所述热入口端36穿过所述床30至所述冷出口端34时被冷却，并向所述床30中的所述冷去磁的MCM释放热量。此流体以温度T_Co在所述冷出口端34出射并穿过打开的冷出口阀78至所述冷侧热交换器64，此流体在所述冷侧热交换器64从所述制冷环境吸收热量，从而允许此环境保持其更冷的温度。所述流体以温度T_Ci退出所述冷侧热交换器64并填充所述冷侧线性置换器40的所述流体腔室44。

在完成所述冷吹之后(即，在时间间隔Δt_C)之后，所述磁体相对于所述床旋转，并且在所述床中的所述MCM利用所述磁热效应变热。此时，开始在图7b中示出的所述制冷循环的所述热吹阶段。以来自所述先前冷吹的温度T_Ci的流体填充的所述冷侧线性置换器40在所述热吹期间驱动所述流动。用于所述冷侧线性置换器的所述电机由所述微处理器控制，使得所述置换器在所述热吹的期望持续时间Δt_H内被驱动总位移长度L。也就是说，所述电机以方程式7给出的大致恒定的速度驱动所述冷侧线性置换器40。

在所述热吹期间，所述微处理器打开所述冷入口阀76，从而允许来自所述置换器的流体穿过所述冷入口阀76并前进到所述磁化床30的所述冷入口端32。所述微处理器同时闭合所述冷出口阀78，从而阻塞至所述床的所述冷出口端34或来自所述床的所述冷出口端34的流动。所述微处理器打开所述热出口阀82，从而允许从所述床30的所述热出口端38前进至所述热侧热交换器66的流动。最后，所述微处理器闭合所述热入口阀80，从而阻塞至所述热入口端36或来自所述热入口端36的流动。来自所述冷侧线性置换器40的所述流体从所述热磁化磁热材料获取热量并在其从所述冷入口端32穿过所述床30至所述热出口端38时温度上升。此流体以温度T_Ho在所述热出口端38出射并穿过所述打开的热出口阀38至所述热侧热交换器66。在所述热交换器66中，所述流体向周围环境排放热量。所述流体以温度T_Hi退出所述热侧热交换器66并填充所述热侧线性置换器42的所述流体腔室46，从而完成所述制冷循环。此流体现在可供用于下一制冷循环的所述冷吹阶段。

在这些实施例中，在止回阀或受控阀中的任一者的情况下，所述平均冷吹流速通过下式给出：

方程式8：Φ_C＝Av_C＝AL/Δt_C

而所述平均热吹流速通过下式给出：

方程式9：Φ_H＝Av_H＝AL/Δt_H

从方程式8和9可以看出，对于所述冷吹和热吹持续时间的任何选择，将满足方程式5的流速条件。一旦这些持续时间被选择，可以通过适当选择所述置换器参数A和L获得任何期望的热吹和冷吹流速。

一个置换器40在所述冷侧上以及另一置换器42在所述热侧上的所述两个置换器40和42可以用具有冷侧和热侧的一个起双重作用的置换器代替。在此情况下，所述置换器活塞当在两个不同方向中运动时可以以不同的速度被驱动，以便实现不等吹持续时间和速率。

在具有受控阀的所述第一实施例的替代版本中，所述四个阀可以为旋转陶瓷盘阀。在此替代实施例中的每个旋转陶瓷盘阀采用两个盘，与所述磁体组件共同旋转并被称为转子的第一盘，以及被称为定子的第二固定盘。如图8(左)所示，定子90具有环形孔92，所述环形孔92居于距所述盘90的中心的特定径向距离的中心。也如图8(右)所示的所述转子94具有特定角范围的内槽96，所述内槽96居于距所述盘94的中心的与所述定子的所述孔92相同的径向距离的中心。因此，当两个盘90和94被重叠时，所述转子94可以被旋转，使得其槽96将露出所述定子90的所述孔92。

为形成供在本实施例中使用的阀，所述转子盘94和定子盘90被重叠、挤压在一起(例如，使用弹簧)并被密封在具有两个端部的圆柱形外壳中。所述转子94的所述中心被附接到机械轴，所述机械轴通过密封件(例如，轴封)从所述阀外壳的一端伸出。所述转子轴被连接至所述旋转磁体组件的所述机械轴(例如，以传送带和滑轮)，使得所述转子轴和转子与所述磁体组件共同旋转。每个阀具有汇集或传递来自与所述转子槽96连通的所述阀中的腔室的承压流体的流体端口。彼此接触的所述两个阀盘90和94的面被高度抛光，使得当它们被挤压在一起时，它们形成面密封件。以此方式，用于通过所述阀的流动的仅有的路径为从其流体端口通过转子槽96并通过被所述转子槽96露出的所述定子孔92。如果所述转子槽96处于并未露出所述定子孔92的位置中，则通过所述阀的流动被阻塞。流动也可以以相反方向通过所述阀前进：从所述定子孔92、通过所述转子槽94(如果其露出所述定子孔)并至所述阀的所述流体端口。

在所述冷入口阀的所述定子中的所述孔通过流体导管被连接至所述床的所述冷入口端(Ci)。在所述冷出口阀的所述定子中的所述孔通过流体导管被连接至所述床的所述冷出口端(Co)。在所述热入口阀的所述定子中的所述孔通过流体导管被连接至所述床的所述热入口端(Hi)。在所述热出口阀的所述定子中的所述孔通过流体导管被连接至所述床的所述热出口端(Ho)。

为设置所述冷入口阀的所述转子的角位置和所述磁体组件的角位置之间的关系，所述磁体组件被旋转，使得所述床刚开始就进入所述组件的所述间隙。在所述磁体组件在此位置的情况下，所述转子的所述角位置被调节，使得所述转子槽刚开始就露出所述冷入口定子孔。所述热出口阀与所述冷入口阀具有相同转子和定子，并且所述热出口阀的所述转子和定子的所述位置被设置为精确匹配所述冷入口阀的所述转子和定子的所述位置。

为设置所述热入口阀的所述转子的所述角位置和所述磁体组件的所述角位置之间的关系，所述磁体组件被旋转刚好经过所述床，使得所述床不再在所述组件的所述间隙内。在所述磁体组件在此位置的情况下，所述热入口转子的所述角位置被调节，使得所述转子槽刚开始就露出所述热入口定子孔。所述冷出口阀与所述热入口阀具有相同转子和定子，并且所述冷出口阀的所述转子和定子的所述位置被设置为精确匹配所述热入口阀的所述转子和定子的所述位置。

在所述冷入口阀和热出口阀的所述转子中的所述槽与在所述热入口阀和冷出口阀的所述转子中的所述槽被安置成，使得当所述盘的所述角位置以刚才所述的方式设置时，由在所述热入口阀和冷出口阀的所述转子中的所述槽所对的角度并不与由在所述冷入口阀和热出口阀的所述转子中的所述槽所对的所述角度重叠。此期望构形在图9中示出，该图示出在与所述磁体组件对准之后，来自冷入口/热出口阀的转子100和来自热入口/冷出口阀的转子102。在此构形的情况下，如果在所述冷入口阀和热出口阀中的所述转子槽104露出它们的定子孔，则在所述热入口阀和冷出口阀中的所述转子在阻塞它们的对应定子孔。类似地，如果在所述热入口和冷出口阀中的所述转子槽106露出它们的定子孔，则在所述冷入口和热出口阀中的所述转子在阻塞它们的对应定子孔。

为实现持续时间Δt_H的热吹，在所述冷入口阀和热出口阀中的所述转子槽的所述角范围被选择为Δθ_H＝ωΔt_H，其中，ω为所述磁体组件和所述转子的共有角速度(以度每秒为单位测量)。为实现持续时间Δt_C＞Δt_H的冷吹，在所述热入口阀和冷出口阀中的所述转子槽106的所述角范围被选择为Δθ_C＝ωΔt_C。因为所述热吹的持续时间小于所述冷吹的持续时间，所以所述冷入口阀和热出口阀的所述转子槽104比所述热入口阀和冷出口阀的所述转子槽106具有更小的角范围，如图9所示。

所述冷入口阀的所述流体端口(其被连接至与所述冷入口转子槽连通的所述阀中的所述腔室)被连接至所述冷侧线性置换器44的所述输出端口48。因此，当所述冷入口转子槽露出所述冷入口定子孔时，建立从所述冷侧线性置换器40的输出端至所述床30的所述冷入口端32的路径74(图7b)。

所述冷出口阀的所述流体端口(其连接至与所述冷出口转子槽连通的所述阀中的所述腔室)被连接至所述冷侧热交换器64的入口。因此，当所述冷出口转子槽露出所述冷出口定子孔时，建立从所述床30的所述冷出口端34至所述冷侧热交换器64的所述入口的路径72(图7a)。

所述热入口阀的所述流体端口(其连接至与所述热入口转子槽连通的所述阀中的所述腔室)被连接至所述热侧线性置换器46的所述输出端口50。因此，当所述热入口转子槽露出所述热入口定子孔时，建立从所述热例线性置换器46的输出端至所述床30的所述热入口端36的路径70(图7a)。

所述热出口阀的所述流体端口(其连接至与所述热出口转子槽连通的所述阀中的所述腔室)被连接至所述热侧热交换器66的入口。因此，当所述热出口转子槽露出所述热出口定子孔时，建立从所述床30的所述热出口端38至所述热侧热交换器66的入口的路径68(图7b)。

作为用于在本实施例中的所述床的所述制冷循环的实施方案的示例，假设所述磁体刚好相对于所述床旋转。因为上述的所述转子对准，所述冷入口转子槽刚好露出所述冷入口定子孔，从而提供用于流体的从所述冷侧线性置换器40至所述床30的所述冷入口端32的路径(图7b)。同时，所述热出口转子槽露出所述热出口定子孔，从而提供用于流体的从所述床30的所述热出口端38至所述热侧热交换器66的所述入口的路径。所述冷出口阀78和热入口阀80防止任何流动进入或退出所述床30的所述冷出口端34和热入口端36。为执行所述热吹，由所述微处理器控制的所述冷侧线性置换器40驱动流体以温度T_Ci通过所述冷入口阀76至所述磁化床30的所述冷入口端32。此流体流过所述床30并以温度T_Ho通过所述床30的所述热出口端38退出。此流体穿过所述热出口阀82并流过所述热侧热交换器66，此流体在所述热侧热交换器66向周围环境排放热量。所述流体以温度T_Hi退出所述热交换器66并填充所述热侧线性置换器46的所述流体腔室。因为对于所述冷入口和热出口转子槽的所述角范围的上述选择，此热吹在所期望的持续时间Δt_H内继续。

在所述磁体组件旋转完全离开所述床时，所述床变为去磁并温度下降。此时，由于上述的所述转子位置的设置，所述热入口转子槽露出所述热入口定子孔，从而提供用于流体的从所述热侧线性置换器42至所述床30的所述热入口端36的路径(图7a)。同时，所述冷出口转子槽露出所述冷出口定子孔，从而提供用于流体的从所述床30的所述冷出口端34至所述冷侧热交换器64的所述入口的路径。所述冷入口阀76和热出口阀82防止任何流动进入或退出所述床30的所述冷入口端32和热出口端38。为执行所述冷吹，由所述微处理器控制的所述热侧线性置换器42驱动流体以温度T_Hi(在所述先前热吹期间在此置换器的所述流体腔室46中累积的)通过所述热入口阀80至所述床30的所述热入口端36。此流体流过所述床30并以温度T_Co从所述冷出口端34出射。此流体通过所述冷出口阀78前进并流过所述冷侧热交换器64，此流体在所述冷侧热交换器64吸收来自所述制冷环境的热量。所述流体以温度T_Ci退出所述热交换器64并返回到所述冷侧线性置换器40的所述流体腔室44，从而完成所述制冷循环。此流体现在可供用于所述下一制冷循环的随后热吹。因为对于热入口和冷出口转子槽的所述角范围的上文所述的选择，此冷吹在所期望的持续时间Δt_C内继续。以此方式，此实施例的所述四个旋转盘阀76、78、80、82实现执行制冷所需的在图6a和图6b中示出的所期望的流动路径和流动计时。

为减小本实施例的流体压力下降，用于所述热吹的所述流体管道的湿直径可以相对于用于所述冷吹的所述流体管道在尺寸上增大，其中，所述热吹采用比所述冷吹更高的流速。例如，所述冷入口和热出口定子孔的直径与对应转子槽的径向宽度可以相对于所述热入口阀和冷出口阀的所述转子和定子中的对应孔隙在尺寸上增大。本实施例的所述压降的此减小将减小驱动所述线性置换器所需的电力和来自粘性耗散的不希望的流体加热两者，由此改善所述系统的性能。

第二实施例

在本发明主题的第二实施例中，在所述RBMR构形中的磁制冷系统使用改动的旋转盘阀来提供不等的热吹和冷吹持续时间以及流速。在此第二实施例中，被配置成产生接近恒定流速的单个泵驱动所述流动通过所述系统，从而替换用在所述先前实施例中的两个线性置换器。

所述第二实施例采用N个相同的床，其中，N可为大于1的任何整数。例如，N可以为2、3、4、5、8、12、24或更大。这些床被布置成轮盘，使得床中心沿环形周界并且以角度均匀隔开。也就是说，每个床的所述中心与其相邻者的所述中心隔开360°/N的角度。在本实施例中的所述N个相同的床中的每者具有四个流体端口，冷入口端(Ci)、冷出口端(Co)、热入口端(Hi)和热出口端(Ho)。

所述第二实施例具有其间隙为环形区的一部分的固定磁体组件，如图2所示。在所述间隙内，所述磁体组件产生高磁场。在作为磁制冷机操作期间，所述床轮盘旋转通过所述固定磁体组件中的所述间隙。当给定的床进入此间隙时，其变为磁化；当所述床从所述间隙旋转出时，其变为去磁。在所述系统中的所述流动被配置成使得在给定床的所述制冷循环的所述热吹阶段期间，流动通过所述床从其冷入口端到其热出口端前进，其中，所述热吹阶段发生在所述床被磁化时(即，当所述床在所述磁体组件的所述间隙内时)。在所述制冷循环的所述冷吹阶段期间，当所述床被去磁时(即，当其完全在所述磁体组件的所述间隙外部时)，流动通过所述床从其热入口端到其冷出口端前进。此实施例的示意图在图10中提供。为清楚起见，仅在此图中示出两个床，一个床进行其热吹，而另一床同时进行其冷吹。

所述第二实施例使用两个阀，以传递所期望的流动构形通过所述床，所述两个阀为所述热侧阀和所述冷侧阀。这些阀在图10示意性地示出。这些阀中的每者具有两个盘，被称为所述转子的旋转盘和被称为所述定子的固定盘。用在此实施例的所述阀中的所述转子110具有两个孔环，具有N个孔的内环112和N个孔的外环114，如图11(左)中示出N＝8。在所述内环112中的每个孔116与所述外环114中的孔118配对，在所述对中的两个孔具有沿来自所述盘的所述中心的射线定位的由给定角位置定义的中心。如附图所示，在所述外环114中的所述孔的直径可不同于所述内环112中的所述孔的直径。另外，尽管在所述附图中示出的所述孔为环形，但此形状对于所述阀的操作并非必要的，并且在一些情况下，使用非环形孔可能是有利的(例如，具有椭圆形等形状的孔)。在所述内环112和外环114中的所述孔的所述中心沿所述环以一定角度均匀隔开，使得它们的中心与它们的相邻者的所述中心隔开360°/N的角度，这与所述床相同。因此，在所述定子中的所述孔的布置与所述床的所述布置呈镜像。

所述定子盘120具有两个槽，内槽122和外槽124，如图11(右)所示。所述定子的所述内槽122具有特定角范围并位于与在所述转子110上的孔112的所述内环相同的距所述盘中心的径向距离。一般来说，所述定子120的所述外槽124具有与所述内槽122的所述角范围不同的角范围。所述外槽124位于与在所述转子110上的孔114的所述外环相同的距所述盘中心的径向距离。因此，当所述转子110与所述定子120重叠时，所述定子122的所述内槽将露出在所述转子110上的所述内环孔112中的孔中的一些，而所述定子124的所述外槽将露出在所述转子110上的所述外环孔114中的孔中的一些。此外，在所述定子120上的所述槽122、124被布置使得在它们所对向的所述角区域中不存在重叠。因此，对于在所述转子110的任何角位置的任何给定转子孔对(一个(116)在所述内环112上，以及另一个(118)在所述外环114上)，这两个转子孔中仅有一者可以被定子槽露出：如果所述对中的一个孔116被定子槽露出，则另一孔118将被覆盖。

为形成供在本实施例中使用的阀，所述转子110和定子120盘被重叠、挤压在一起(例如，使用弹簧)，并被密封在具有两个端部的圆柱形外壳中。所述转子110的所述中心被附接到机械轴，所述机械轴通过密封件(例如，轴封)从所述阀外壳的一端伸出。所述转子轴被连接至所述旋转床轮盘，使得所述转子轴和转子与所述床轮盘共同旋转。所述阀具有一个流体端口，其汇集或传递来自与所述外定子槽124连通的腔室的承压流体。所述阀具有第二流体端口，其汇集或传递来自与所述内定子槽122连通的第二单独腔室的流体。这两个腔室之间不存在连通。彼此接触的所述两个阀盘的所述面被高度抛光，使得当它们被挤压在一起时，它们形成面密封件。以此方式，用于通过所述阀的流动的唯一路径为从其流体端口中的一者通过定子槽和通过被定子槽露出的任何转子孔。流动也可以以相反方向通过所述阀前进：通过转子孔、通过露出此转子孔的定子槽并前进至与此定子槽连通的所述阀的所述流体端口中的一者。

在所述冷侧阀的所述转子的所述内环和外环中的N个孔对中的每者与所述N个床中的一者相关联。类似地，在所述热侧阀的所述转子的所述内环和外环中的所述N个孔对中的每者与所述N个床中的一者相关联。在所述冷侧转子的所述外环中的每个孔通过流体导管被连接至其相关联床的所述冷入口端，而在此转子的所述内环中的配对孔通过流体导管被连接至所述相关联床的所述冷出口端。此构形在图12a中被示为N＝8。在替代实施例中，N可更大或更小。

在所述热侧转子的所述外环中的每个孔通过流体导管被连接至其相关联床的所述热出口端，而在此转子的所述内环中的所述配对孔通过流体导管被连接至所述相关联床的所述热入口端。此构形在图12b中示出。对于所述两个阀，将所述转子孔连接至所述床端口的所述流体管道应与所述转子和所述床轮盘共同旋转。

在所述冷侧阀上，连接至与所述外定子槽连通的所述腔室的所述流体端口应被称为所述阀的所述入口端。在所述磁制冷系统操作期间，在所述冷入口温度T_Ci的流体将通过此入口端进入所述冷侧阀。连接至与所述内定子槽连通的所述腔室的所述流体端口将被称为所述阀的所述出口端。在所述磁制冷系统操作期间，在所述冷出口温度T_Co的流体将通过此端口退出所述阀。这些入口端156和出口端142在图10中示出。如此图所示，所述冷侧热交换器148在所述冷侧阀138的出口端142和入口端156之间是垂直的。

在所述热侧阀上，连接至与所述外定子槽连通的所述腔室的所述流体端口将被称为所述阀的所述出口端。在所述磁制冷系统操作期间，在所述热出口温度T_Ho的流体将通过此端口退出所述热侧阀。连接至与所述内定子槽连通的所述腔室的所述流体端口将被称为所述阀的所述入口端。在所述磁制冷系统操作期间，在所述热入口温度T_Hi的流体将通过此端口进入所述阀。这些入口端132和出口端160在图10中示出。如此图所示，所述热侧热交换器146在所述热侧阀134的出口端160和入口端132之间是垂直的。

为设置相对于所述床轮盘的所述角位置的所述冷侧阀的所述转子的所述角位置，选择所述轮盘中的一个床，其具有通过流体导管连接至所述冷侧阀的所述定子的所述外环中的特定孔的冷入口端。所述床轮盘被旋转到所选择的床刚好开始进入所述磁体组件的所述间隙的位置。在所述床轮盘被保持在此位置中的情况下，所述冷侧转子被旋转成使得连接至所选择的床的所述冷入口端的所述外转子孔刚好开始被所述外定子槽露出。接下来，所述床轮盘被旋转使得所选择的床刚好从所述磁体组件中的所述间隙出现。所述定子的所述内槽应被配置成使得在所述床轮盘在此位置中的情况下，在连接至所选择的床的所述冷出口端的所述转子的所述内环中的所述孔刚好开始被所述内定子槽露出。在说明性实施例中，所述热侧阀的所述转子和定子等同于所述冷侧阀的所述转子和定子，并被设置成具有与所述冷侧阀的所述转子和定子恰好相同的位置。

因为在所述转子中的所述孔的所述角布置与在所述床轮盘中的所述床的所述角布置呈镜像，并且因为所述转子与在所述床轮盘中的所述床共同旋转，显而易见的是，基于一个所选床设置所述对准也将建立所有所述床的正确对准。还显而易见的是，在此对准的情况下，在所述系统中的每个床将进行相同的制冷循环，但是在相邻床之间具有由360°/(N×ω)给出的时间延迟，其中，ω为所述床轮盘和所述转子的共有角速度(以度每秒为单位测量)。

为实现持续时间Δt_H的热吹，所述外定子槽的所述角范围被选择为Δθ_H＝ωΔt_H。为实现持续时间Δt_C的冷吹，所述内定子槽的所述角范围被选择为Δθ_C＝ωΔt_C。因为所述热吹持续时间短于所述冷吹持续时间，所述外定子槽124的所述角范围小于所述内定子槽122的所述角范围，如图11所示。

因为所述泵144在本实施例中连续运行，因此，在任何时刻，必须存在通过所述系统的完整流体回路。为实现这点，在所述系统中的床的数量(并因此，在所述转子的内环或外环中的孔的数量)和所述定子槽的所述角范围必须被选择成使得在任何给定时刻至少一个床在进行其热吹阶段，而至少一个床在进行其冷吹阶段。此操作在图10中示出，其中，通过所述系统的所述完整流体回路由实黑线指示。N、Δt_C和Δt_H的任何合乎需要的选择大体上满足此要求，因此，此要求通常并不限制这些参数的选择。

在本实施例中的用于所选床的所述制冷循环的实施方案在下文描述。当此所选床130已旋转完全远离所述磁体组件中的所述间隙时，如关于图10的右手侧上的所述床130示意性地示出，所述热侧阀134的所述内定子槽开始露出连接至此床的所述热入口端的所述内环中的所述转子孔。因此，从所述热侧阀134的所述入口端132(其连接至与所述内定子槽连通的所述阀中的所述腔室)至所选床130的所述热入口端136的打开流体路径在所述床130被去磁时建立。因为所述冷侧阀138具有与所述热侧阀134相同的盘对准，所述冷侧阀138的所述定子的所述内槽同时露出在连接至所选床130的所述冷出口端140的所述内环中的所述转子孔。因此，从所述床的所述冷出口端140至所述冷侧阀138的所述出口端142的打开流体路径在所选床130被去磁时建立。由所述泵144提供的承压流体离开所述热侧热交换器146并进入所述热例阀134的所述入口端132，所述泵144在图10中被示为与所述热侧热交换器146串联垂直。此流体以温度T_Hi穿过所述内定子槽、穿过所述转子的所述内环中的露出的孔并被传递至所选床130的所述热入口端136。此流体穿过所述床130，从而在其向所述床中的冷的去磁磁热材料释放热量时变得更冷。此流体以温度T_Co从所选床130的所述冷出口端140出射，流过所述冷侧转子的所述内环中的露出的孔、流过所述内定子槽并流至所述冷侧阀138的所述出口端142。所述流体从此处流过所述冷侧热交换器148，所述流体在所述冷侧热交换器148从所述制冷环境提取热量，从而允许此环境保持其更冷的温度。所述流体以温度T_Ci从所述冷侧热交换器148出射。

在此冷吹期间，因为在所述热侧阀134的所述转子110的所述内转子环112中的所述孔116被所述内定子槽122露出，其在所述热侧转子110的所述外环114中的配对孔118被所述定子120堵塞(图11)。此孔118被连接至所选床130的所述热出口端166(图10)。因此，在所述热侧阀134向所选床130的所述热入口端136传递流动时，其同时防止流动进入或退出所述床130的所述热出口端166。类似地，因为在所述冷侧阀138的所述内转子环112中的所述孔116被所述内定子槽122露出，其在所述冷侧转子110的所述外环114中的配对孔118被所述定子120堵塞。此孔118被连接至所选床130的所述冷入口端168。因此，在所述冷侧阀138汇集来自所选床130的所述冷出口端140的流动时，其同时防止流动进入或退出所述床130的所述冷入口端168。被所述阀堵塞的所述流体路径在图10中被示为虚黑线。因此，在此第二实施例中的所述阀建立在所选床130被去磁时从所述热入口端136至所选床130的所述冷出口端140的期望的流动，并防止任何其它类型的流动通过所述床130。因为上文对于两个阀134和138的所述内定子槽122的所述角范围所述的选择，此期望的流动模式在所述冷吹阶段的期望持续时间Δt_C内继续。

继续所述示例，下文描述在所选床130在进行其冷吹阶段时在进行其热吹阶段的所述床中的一者。如图10所示，此另一床150被磁化，并且因为所述冷侧阀盘的所述对准和它们相对于所述床轮盘和磁体组件152的位置的定位，所述冷侧阀138的所述外定子槽必须被在连接至此床150的所述冷入口端的所述外转子环中的所述孔露出。因为所述热侧阀盘与所述冷侧阀盘具有相同的对准，在连接至所述床150的所述热出口端154的所述热侧转子的所述外环中的所述孔也被所述热侧定子的所述外槽露出。以温度T_Ci退出所述冷侧热交换器148的所述承压流体进入所述冷侧阀138的所述入口端156，所述冷侧阀138被连接至与所述外定子槽连通的所述阀的所述腔室。此流体穿过所述冷侧阀138的所述外定子槽、穿过所述转子的所述外环中的露出的孔并被传递至所述床150的所述冷入口端158。随后，来自所述床的所述冷入口端158的流动可以通过所述床150前进，从而在其从所述床150中的所述热的磁化磁热材料拾取热量时温度上升。此热流体以温度T_Ho在所述热出口端154退出所述床150，穿过所述热侧转子的所述外环中的对应孔、穿过所述热侧定子的所述外槽并从所述热侧阀134的所述出口端160退出。如图10所示，随后此流体返回到所述泵144，并继续通过所述热侧热交换器146，从而向周围环境释放热量并返回到温度T_Hi。这完成所述流体回路并且此流体现在可供用于执行所述去磁床(包括所选床130)的中的任一者的所述冷吹。

随着时间推进，所选床130的所述冷吹将在连接至所述床的所述热入口端和冷出口端的所述内转子孔经过所述定子的所述内槽旋转时结束。在所述床130旋转到所述磁体组件152的所述间隙中时，所述冷侧阀138和热侧阀134的所述外转子孔变为被所述外定子槽露出，从而允许所述热吹通过所述床前进，其中，所述冷侧阀138和热侧阀134被连接至所选床的所述冷入口端和热出口端。此热吹在图13中示意性地示出。此图中的实黑线示出了通过所述系统的所述流体路径。

所述热吹通过在所述热侧阀134和冷侧阀138中的所述转子的被所述外定子槽露出的所述外孔前进。因为所述外转子孔被露出，因此对应内孔被所述定子堵塞。因此，所述冷侧阀138阻塞在床进行其热吹时至所述床的所述冷出口端162或来自所述床的所述冷出口端162的任何流动，同时所述热侧阀阻塞至此床的所述热入口端164或来自此床的所述热入口端164的任何流动。视所述热吹需要，流动可以仅通过所选床130从所述冷入口端158至所述热出口端154前进。被所述阀堵塞的所述流体路径被示为在图13中的虚黑线。所选床130的所述热吹持续，只要所述外定子槽露出连接至所述床的所述冷入口端和热出口端的所述外转子孔。因为上文所述的对于所述外转子槽的所述角范围的选择，此热吹将持续所期望的持续时间Δt_H。

在所述系统在中具有N个床的情况下，在定子中的所述外槽将大体上暴露所述转子的所述外环中的若干孔，使得所述热吹同时在若干床上执行。类似地，所述定子的所述内槽将大体上暴露所述转子的所述内环中的若干孔，使得所述冷吹在若干床上同时执行。在当前描述的主题中，所述热吹的所述持续时间小于所述冷吹的所述持续时间，因此如图11所示，所述外定子槽124的所述角范围将小于所述内定子槽122的所述角范围。因为角范围的该差别，在被所述外定子槽124露出的所述外环114中的外转子孔的数量将小于被所述内定子槽122露出的所述内环112中的内转子孔的数量。因此，在任何给定时刻进行热吹阶段的床的数量将大体上小于进行冷吹阶段的床的数量。假设n_H表示进行所述热吹阶段的床的数量，并且假设n_C＞n_H表示进行所述冷吹阶段的床的数量。因为所述泵建立通过所述系统的接近恒定流速Φ，并且因为此流动在对流动开放的床之间被均匀划分，在所述热吹期间通过床的所述流速将与n_H成反比，而在所述冷吹期间通过床的所述流速将与n_C成反比。对于不等吹，n_C＞n_H，并因此视需要Φ_C＜Φ_H。

显而易见的是，n_H将与所述外定子槽124的所述角范围Δθ_H成比例，而n_C将与所述内定子槽122的所述角范围Δθ_C成比例。因此，所述热吹流速将与Δθ_H成反比，并且所述冷吹流速将与Δθ_C成反比。因此，所述热吹流速对所述冷吹流速的比率将等于Δθ_C对Δθ_H的所述比率。通过上面对于所述定子槽的所述角范围的选择，后者比率等于Δt_C对Δt_H的比率。因此，其被确定为：

方程式10：

此关系可以用来满足方程式4的流速条件。因此，使用所述盘阀的所述定子槽的不等角范围将实现不等热吹和冷吹持续时间，并且流速将视需要满足方程式4的流速条件。通过调节由所述泵建立的接近恒定流速Φ，可以建立所述热吹流速Φ_H或所述冷吹流速Φ_C的任何期望值。一旦通过选择Φ建立这些吹流速中的一者，另一吹流速就由方程式10来确定。

为减小本实施例的所述流体压降，在所述阀和用于所述热吹的所述床之间输送流体的所述流体管道的湿直径可以相对于在所述阀和用于所述冷吹的所述床之间输送流体的所述流体管道在尺寸上增大，其中，所述热吹采用比所述冷吹更高的床流速。例如，如图11所示，在所述热阀和冷阀中的所述外定子槽124的径向宽度和所述外转子孔118的尺寸可以相对于所述内定子槽122的径向宽度和所述内转子孔116的尺寸在尺寸上增大。本实施例的所述压降的所得的减小将减小驱动所述泵和来自粘性耗散的非所需的流体加热这两者所需的电力，并由此改善所述系统的性能。

在本实施例中，所述热吹通过所述阀的所述外定子槽124和外转子孔118，而所述冷吹通过所述内定子槽122和内转子孔116。此指定可以被切换而无需更改所述阀的基本性能。然而，用在本实施例中的选择为优选的，因为所述外转子孔118以比所述内孔更快的速度运动，其中，所述外转子孔118与所述内孔116相比位于距所述转子盘110的所述中心的更大径向距离上。当所述外转子孔首先被所述外定子槽露出时，此更快孔速度能够实现至所述床的更快斜升的流动，并且当所述外转子孔的端部超出此定子槽的另一端时，此更快孔速度能够实现更快斜降的流动。这能够在所述更短热吹持续时间期间实现所述床流动的更精确控制。

第三实施例

在第三实施例中，在所述RMMR构形中的磁制冷系统使用改动的旋转盘阀以提供不等的热吹和冷吹持续时间以及流速。在此第三实施例中，被配置成产生接近恒定流速的单个泵驱动流动通过所述系统。

所述第三实施例采用N个相同固定床，其中，N可为大于1的任何整数。例如，N可以为2、3、4、5、8、12、25或更大。这些固定床被布置成使得所述床中心沿环形周界放置并以角度均匀隔开；也就是说，每个床的所述中心与其相邻者的所述中心隔开360°/N的角度。在本实施例中的所述N个相同的床中的每者具有四个流体端口，冷入口端(Ci)、冷出口端(Co)、热入口端(Hi)和热出口端(Ho)。

此实施例采用具有间隙的旋转磁体组件，如图2所示，此间隙为环形区的一部分。在此间隙内，所述磁体组件产生高磁场。所述固定床和所述磁体间隙被布置成使得在所述磁体组件相对于任何给定床旋转时，所述任何给定床将拟合在所述间隙内部。在作为磁制冷机操作期间，所述磁体组件相对于所述床的所述环形布置旋转。当所述磁体组件相对于给定床旋转并因此所述给定床进入所述磁体组件中的所述间隙时，其变为磁化；当所述磁体组件旋转远离所述给定床时，其变为去磁。在所述系统中的所述流动被配置成使得在给定床的所述制冷循环的所述热吹阶段期间，流动通过所述床从其冷入口端到其热出口端前进，其中，所述热吹阶段发生在所述床被磁化时(即，当所述床在所述磁体组件的所述间隙内时)。在所述制冷循环的所述冷吹阶段期间，当所述床被去磁时(即，当其完全在所述磁体组件的所述间隙外部时)，流动通过所述床从其热入口端到其冷出口端前进。此实施例的示意图在图14中提供。为清楚起见，仅在此图中示出两个床，一个床进行其热吹(左)，而另一床同时进行其冷吹(右)。

所述第三实施例使用四个阀，所述热入口阀204、热出口阀206、冷入口阀200和冷出口阀202，以传递所期望的流动构形通过所述床。这些阀在图14中示意性地示出。这些阀中的每者具有两个盘，转子240和定子242(图15)。如图15(右)所示，与所述磁体组件共同旋转的所述转子240具有带有特定角范围的槽244。所述定子242具有N个孔的环246，如在图15中(左)示出N＝8。所述定子孔246的所述中心与它们的相邻者的所述中心隔开360°/N的角度。因此，所述定子孔的所述布置与所述床的所述布置呈镜像。从所述定子242的所述中心至其孔环246的所述径向距离等于从所述转子240的所述中心至其角槽244的所述径向距离，使得当所述转子240和定子242重叠时，在所述转子240中的所述槽244露出所述定子242中的孔246中的一些。所述冷入口阀200和热出口阀206具有相同的转子和定子。所述热入口阀204和冷出口阀202也具有相同的转子和定子，但一般来说，这些转子和定子将不同于所述冷入口阀和热出口阀的所述转子和定子。为实现持续时间Δt_H的热吹，在所述冷入口阀200和热出口阀206中的所述转子槽的所述角范围被选择为Δθ_H＝ωΔt_H，其中，ω为所述磁体组件208和所述转子的共有角速度(以度每秒为单位测量)。为实现持续时间Δt_C＞Δt_H的冷吹，在所述热入口阀204和冷出口阀202中的所述转子槽106的所述角范围被选择为Δθ_C＝ωΔt_C。因为所述热吹的所述持续时间短于所述冷吹的所述持续时间，所述冷入口阀200和热出口阀206的所述转子槽具有比所述热入口阀204和冷出口阀202的所述转子槽更小的角范围。

为形成供在本实施例中使用的阀，所述转子盘和定子盘被重叠、挤压在一起(例如，使用弹簧)并被密封在具有两个端部的圆柱形外壳中。所述转子的所述中心被附接到机械轴，所述机械轴通过密封件(例如，轴封)从所述阀外壳的一端伸出。所述转子轴被连接至所述旋转磁体组件的所述机械轴(例如，以传送带和滑轮)，使得所述转子轴和转子与所述磁体组件共同旋转。每个阀具有流体端口，其汇集或传递来自与所述转子槽连通的所述阀中的腔室的承压流体。彼此接触的所述两个阀盘的所述面被高度抛光，使得当它们被挤压在一起时，它们形成面密封件。以此方式，用于通过所述阀的流动的仅有的路径为从其流体端口通过转子槽并通过被所述转子槽露出的任何定子孔。流动也可以以相反方向通过所述阀前进：从定子孔通过露出此定子孔的转子槽并前进至与所述转子槽连通的所述阀的所述流体端口。

在所述阀的所述定子中的所述N个孔中的每者与所述N个床中的一者相关联。此相关联在图16中针对一个定子242在N＝8的情况下说明。在所述冷入口阀200的所述定子242中的每个孔246通过流体导管被连接至其相关联床的所述冷入口端(Ci)。在所述冷出口阀202的所述定子242中的每个孔246通过流体导管被连接至其相关联床的所述冷出口端(Co)。在所述热入口阀204的所述定子242中的每个孔246通过流体导管被连接至其相关联床的所述热入口端(Hi)。在所述热出口阀206的所述定子242中的每个孔246通过流体导管被连接至其相关联床的所述热出口端(Ho)。

为设置在所述冷入口阀200的所述转子和定子的所述角位置与所述磁体组件208的所述角位置之间的关系，一个床210被选择以及所述磁体组件208被旋转，使得所选床210刚好开始进入所述组件208的所述间隙。在所述磁体组件208在此位置的情况下，所述转子240的所述角位置被调节，使得所述转子槽244刚好开始露出连接至所选床210的所述冷入口端224的所述定子孔246(图14和图15)。所述热出口阀206的所述相同转子240和定子242的所述位置被设置成恰好匹配所述冷入口阀200的所述转子240和定子242的所述位置。

为设置在所述热入口阀204的所述转子和定子的所述角位置以及所述磁体组件208的所述角位置之间的关系，一个床210被选择以及所述磁体组件208被旋转，使得所选床210刚好从所述组件208的所述间隙出现(图17)。在所述磁体组件208在此位置的情况下，所述转子240的所述角位置被调节成，使得所述转子槽244刚好开始露出连接至所选床210的所述热入口端230的所述定子孔246(图15和图18)。所述冷出口阀202的所述相同转子和定子的所述位置被设置成恰好匹配所述热入口阀的所述转子和定子的所述位置。

因为所述转子240与所述磁体组件208共同旋转，并且因为在此实施例中的所述床的所述位置与所述定子孔246的所述位置呈镜像，显而易见的是，基于一个所选床210设置所述转子240的位置也将建立所有所述床的正确对准。还显而易见的是，在所述系统中的每个床将进行相同的制冷循环，但在相邻床之间具有由360°/(N×ω)给出的时间延迟。

在所述冷入口阀和热出口阀的所述转子中的所述槽与在所述热入口阀和冷出口阀的所述转子中的所述槽被安置成，使得当所述盘的所述角对准以刚才所述的方式设置时，由在所述热入口阀和冷出口阀的所述转子中的所述槽所对的角度并不与由在所述冷入口阀和热出口阀的所述转子中的所述槽所对的所述角度重叠。此期望构形在图9中示出，该图示出在与所述磁体组件对准之后，来自所述冷入口/热出口阀的转子100和来自热入口/冷出口阀的转子102。在此构形的情况下，如果在所述冷入口阀和热出口阀中的所述转子槽104露出定子孔246(图15)，则在所述热入口阀和冷出口阀中的所述转子102在阻塞后者阀的所述定子中的对应孔246。相反，如果在所述热入口阀和冷出口阀中的所述转子槽106露出定子孔246，则在所述冷入口阀和热出口阀中的所述转子100在阻塞在所述定子中的对应孔246。

在本实施例中，所述泵222连续运行，并因此，在任何时刻，必须存在通过所述系统的完整流体回路。为实现这点，在所述系统中的床的数量(并因此，在所述阀的所述定子中的孔的数量)和所述转子槽的所述角范围必须被选择成使得在任何给定时刻至少一个床在进行其热吹阶段，而至少一个床在进行其冷吹阶段。此操作在图14中示出，其中，通过所述系统的所述完整流体回路由实黑线指示。N、Δt_C和Δt_H的任何合乎需要的选择大体上满足此要求，因此，此要求通常并不限制这些参数的选择。

连接至与这些阀的转子槽244连通的这些阀的所述腔室的所述冷入口阀和热入口阀的所述端口将被称为这些阀的所述入口端。流体将通过这些端口进入所述阀并通过所述转子槽244被引导到相关联床的露出的定子孔246和引导到对应入口端。连接至与这些阀的转子槽连通的这些阀的所述腔室的所述冷出口阀和热出口阀的所述端口将被称为这些阀的所述出口端。穿过这些阀的所述转子槽的流体将通过这些端口退出所述阀。所述入口端和出口端在图14中标识。

在本实施例中的用于所选床210的所述制冷循环的实施方案在下文描述。如图14的左手侧示意性所示，当所述磁体组件208刚好相对于此床210旋转时，所述冷入口阀200的所述转子槽开始露出连接至此床210的所述冷入口端224的所述定子孔。因此，建立从所述冷入口阀200(其连接至与所述转子槽连通的所述阀中的所述腔室)的所述入口端214至所选床210的所述冷入口端224的打开流体路径。因为所述热出口阀206具有与所述冷入口阀200相同的盘对准，所述热出口阀206的所述转子的所述槽同时露出连接至所选床210的所述热出口端226的所述定子孔。因此，从所述床210的所述热出口端226至所述热出口阀206的所述出口端220的打开流体路径在所选床210被磁化时建立。由所述泵222提供的承压流体以温度T_Ci离开所述冷侧热交换器236并进入所述冷入口阀200的入口端214，其中，所述泵222在图14中被示为与所述热侧热交换器238串联垂直。此流体穿过所述阀的所述转子槽、穿过在所述定子中的所述露出的孔并被传递至所选床210的所述冷入口端224。此流体穿过所述床210，从而在其从所述床210中的所述热的磁化磁热材料提取热量时变得更暖。此流体以温度T_Ho从所选床210的所述热出口端226出射、流过所述热出口阀206的所述定子中的露出的孔、流过所述转子槽并流至所述热出口阀206的所述出口端220。所述流体从此处返回到所述泵222并通过所述热侧热交换器238发送，所述流体在所述热侧热交换器238向周围环境排出热量。所述流体以温度T_Hi从所述热侧热交换器出射并可供用于通过所述去磁床中的任一者执行所述冷吹。

在所选床210的所述热吹(图14)期间，因为连接至所述床210的所述冷入口端224和热出口端226的所述冷入口阀200和热出口阀206的所述定子中的所述孔被对应转子槽露出，在连接至所选床210的所述热入口端230和冷出口端228的所述热入口阀204和冷出口阀202的所述定子中的所述孔必须被这些阀的所述转子堵塞。因此，在所述冷入口阀200传递流动至所选床210的所述冷入口端224时，所述冷出口阀202同时防止流动进入或退出所述床210的所述冷出口端228。类似地，在所述热出口阀206从所选床210的所述热出口端226传送流动时，所述热入口阀204同时防止流动进入或退出所述床210的所述热入口端230。这些阻塞流动路径由图14中的虚线指示。因此，在此第三实施例中的所述阀建立在所选床210被磁化时从所选床210的所述冷入口端224至所述热出口端226的期望流动，并防止通过所述床210的任何其它类型的流动。因为上文对于所述冷入口阀200和热出口阀206的所述转子槽的所述角范围的选择，此期望的流动模式在所述热吹阶段的期望持续时间Δt_H内继续。

继续所述示例，下文描述在所选床在进行其热吹阶段时所述床中的一者在进行其冷吹阶段。此另一床212被去磁，如图14的右手侧所示。因为所述热入口阀204和冷出口阀202的所述转子相对于所述磁体组件208的所述位置的共有定位，所述热入口阀204的所述转子槽必须露出被连接至此另一床的所述热入口端232的所述热入口定子中的所述孔，并且所述冷出口阀202的所述转子槽必须露出被连接至此床的所述冷出口端234的所述定子孔。以温度T_Hi退出所述热侧热交换器238的所述承压流体进入所述热入口阀204的所述入口端218，所述入口端218被连接至与此阀的所述转子槽连通的所述阀的所述腔室。此流体穿过所述热入口阀204的所述转子槽、穿过所述热入口定子中的露出的孔并被传递至所述床212的所述热入口端232。来自所述热入口端232的流动随后可以通过所述床212前进，从而在其向所述床212中的所述冷的去磁的磁热材料释放热量时温度下降。此流体以温度T_Co在所述冷出口端234退出所述床212、穿过所述冷出口阀202的所述定子中的对应孔、穿过所述冷出口阀202的所述转子槽并从所述冷出口阀202的所述出口端216流出。此流体随后进入所述冷侧热交换器236，从而从所述制冷环境吸收热量、允许此环境保持其更冷的温度。此流体以温度T_Ci退出所述冷侧热交换器236，从而完成所述流体回路。此流体现在可供用于执行包括所选床210的所述磁化床中的任一者的所述热吹。

随着时间推进，所选床210的所述热吹将在所述冷入口阀200和热出口阀206的所述转子槽旋转经过与所述床210的所述冷入口端224和热出口端226连接的所述定子孔时，并且在所述磁体组件208旋转离开所选床210时结束。一旦所述磁体组件208旋转完全离开所选床210，所述热入口阀204和冷出口阀202的所述定子孔变为被对应转子槽露出，从而允许所述冷吹通过所述床210前进，其中，所述定子孔被连接至所选床210的所述热入口端230和冷出口端228。此冷吹在图17中示意性地示出。

所述冷吹通过在所述热入口阀204和冷出口阀202中的所述定子的所述孔前进，其中，所述热入口阀204和冷出口阀202被连接至所选床210的所述热入口端230和冷出口端228。这些孔被这些阀的所述转子槽露出。因为这些定子孔被所述热入口阀204和冷出口阀202的所述转子露出，在所述冷入口阀和热出口阀中的所述定子中的对应孔被这些阀中的所述转子堵塞。因此，所述冷入口阀200防止流动进入或退出所选床210的所述冷入口端224，而同时所述热出口阀206防止流动进入或退出所述床210的所述热出口端226。这些阻塞流动路径在图17中被示为虚线。视所述冷吹需要，流动可以仅通过所选床210从其热入口端230至其冷出口端228前进。用于所选床的所述冷吹持续，只要所述热入口和冷出口转子槽露出连接至所述床210的所述热入口端230和冷出口端228的所述定子孔。因为对于这些转子槽的所述角范围的上文所述的选择，此冷吹将在期望的持续时间Δt_C内持续。

显而易见的是，在提供通过所述系统的接近恒定流速的所述222的情况下，在所述冷入口阀/热出口阀中的所述转子槽的更短角范围(相对于在所述热入口阀/冷出口阀中的所述槽的所述角范围)将露出更少数量的定子孔，并因此以关于所述先前实施例描述的相同方式，在所述热吹期间比在所述冷吹期间产生更大的通过床的流速。还显而易见的是，如在所述先前实施例中，在所述热吹和冷吹期间通过床的所述不等流速将满足方程式10，并因此视需要满足方程式4。此外，通过调节由所述泵222建立的所述接近恒定流速Φ，可以建立所述热吹流速Φ_H或所述冷吹流速Φ_C的任何期望值。一旦通过选择Φ建立这些吹流速中的一者，另一吹流速就由方程式10来确定。

现在转向图19a和图19b，其示出根据本公开的至少一些实施例的用作流体冷却器的另一磁制冷系统。具体地，在一些冷却应用中(例如，通风空气调节或冷却水生成)，所期望的并非热量从在T_c的冷蓄池泵送至在T_h的热蓄池，但是空气或流体的冷却从T_h串流至T_c(例如，“流体冷却器”)。如果所述流体具有温度无关的热容量C，则有待于从所述流体去除的总热量Q_C为Q_C＝C(T_H-T_C)。此外，经由可逆的制冷机将给定量的热量Q_C从冷的绝对温度T_c移至热的绝对温度T_h所需的最小理论功W为W＝Q_C(T_H-T_C)/T_C。其中，性能系数(COP)可被定义为Q_C/W。使用单级制冷机从绝对温度T_c至T_h泵送所有热量以冷却流体所需的功的理论最小量为

方程式11：W＝C(T_H-T_C)²/T_C

并且相关的COP为

方程式12：COP＝Q_C/W＝(T_C/(T_H-T_C)。

实际制冷机可能具有相对更低效率，发生的主要损耗是由于制冷剂的压缩和膨胀所造成的粘性损失。

如果所述流体通过大量单独的制冷机藉由首先将所述流体从T_H冷却至T_H-d并泵送热量至T_H，并接下来将所述流体从T_H-d冷却至T_H-2d并泵送热量至T_H等来冷却，则需要更少的功，其中，d＜＜(T_H-T_C)。发生此现象是因为所述流体的冷却中的大部分由通过小温差起作用，并因此以高效率起作用的制冷机来实现。对于由不限制数量的每者具有理想效率的连续制冷机组成的理想流体冷却器，所需的功将为

方程式13：

所得COP为：

方程式14：COP＝Q_C/W_C＝(T_H/(T_H-T_C)ln(T_H/T_C)-1)-1。

所述功输入低于所述单级制冷机，因为不再存在当初始温热的流体流接触所述冷热交换器时所发生的熵生成。当T_C接近T_H时，最好的单级制冷机可能需要是多级理想冷却器功输入的两倍功输入。在T_H/T_C的比率变得更大时，效率损失可能稍微增加；例如，对于T_H＝100°F和T_C＝45°F，最好的单级制冷机可能比理想多级冷却器多消耗2.07倍的输入功。

AMR式磁制冷机可被设置成充当流体冷却器(图19a和图19b)，在总共一个循环中，其从去磁床250的热端252到其冷端254比从所述磁化床260的冷端256返回到其热端258发送更多的AMR热传递流体。在所述冷端254积聚的余热传递流体以几乎可逆的方式从所述热入口温度T_Hi被冷却至所述冷出口温度T_Co。此余热传递流体可在逆向流式热交换器262中再升温，所述逆向流式热交换器262将外部的流体流264从稍微大于T_Hi的温度Tfi冷却至稍微大于T_Co的温度Tfo。对于冷却水回路，所述外部流体流可为水，或对于空气调节构造，可为通风空气。所述温热的余热传递流体可返回到所述去磁AMR床250的所述热端252，再次变为从所述AMR床250的热端流到冷端的所述余热传递流体。如果所述比率f并非过高，则所述流体冷却器也可用于携带常规的制冷负载，从而经由冷热交换器236从在比所述冷入口温度T_Ci稍高的温度的冷空间去除热量。

减少所述热吹持续时间并增加所述冷吹持续时间的减小的磁体质量的好处仍然可应用于所述流体冷却器AMR情况，但是用于所述热吹和冷吹中的流速的控制方程式改变。假设f为从所述去磁床出射，即被分流至所述流体冷却热交换器(HEX)并返回到所述AMR床的所述热侧的所述流体流的馏分。流体连续性需要改动方程式4以考虑被分流至所述流体冷却器HEX、保留可供用于返回热吹的所述流动的馏分1-f的所述冷吹流体的所述馏分f：

方程式15：Δt_HΦ_H＝(1-f)Δt_CΦ_C，其中，Φ_H为所述热吹流速，Φ_C为所述冷吹流速，Δt_H和Δt_C为所述热吹持续时间和冷吹持续时间，以及f为被分流至所述流体冷却器HEX的冷吹流体的馏分。

本文所述的磁制冷系统的所述方面中的任一者可至少部分由存储在计算机可读介质，例如计算机存储器上的计算机可读指令控制。在由基于处理器的计算装置执行所述计算机可读指令时，所述操作被执行以控制所述MR系统的操作。

一个或多个流程图和/或框图用于描述说明性实施例。所使用的任何流程图并非意味着相关于执行操作的顺序进行限制。已出于说明和描述的目的呈现了示例性实施例的前述描述。并非旨在为穷举的或限制本发明为所公开的确切形式，且根据以上教示，修改及变化为可能的或可从所公开的实施例的实践获得所述修改及变化。希望本发明的范围由所附权利要求书及其等效物限定。

Claims (30)

1.一种磁制冷系统，包括：

一个或多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧；

被配置成向所述一个或多个床施加在高状态和低状态中的时变磁场的磁体；

热传递流体；

热侧热交换器(HHEX)；

冷侧热交换器(CHEX)；

被配置成通过所述一个或多个床、所述HHEX和所述CHEX循环所述热传递流体的泵；以及

阀，所述阀被配置成当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述高状态中时，控制在持续时间Δt_H内从所述一个或多个床的所述冷侧到所述相应床的所述热侧并通过所述HHEX的平均流速为Φ_H的所述热传递流体的流动，

其中，所述阀另外被配置成当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述低状态中时，控制在持续时间Δt_C内从所述一个或多个床的所述热侧到所述相应床的所述冷侧并通过所述CHEX的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动，以及

其中Δt_C＞Δt_H并且Φ_C＜Φ_H并且Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

2.根据权利要求1所述的磁制冷系统，其中，Δt_H＜0.8×Δt_C并且Φ_C＜0.8×Φ_H。

3.根据权利要求1所述的磁制冷系统，其中，Δt_H＜0.5×Δt_C并且Φ_C＜0.5×Φ_H。

4.根据权利要求1所述的磁制冷系统，其中，施加于所述一个或多个床的所述时变磁场通过所述一个或多个床和所述磁体的磁场的相对旋转来实现。

5.根据权利要求4所述的磁制冷系统，其中，所述一个或多个床和所述磁体的所述磁场的所述相对旋转通过所述一个或多个床旋转入和旋转出所述磁体的所述磁场来实现。

6.根据权利要求4所述的磁制冷系统，其中，所述一个或多个床和所述磁体的所述磁场的所述相对旋转通过围绕所述一个或多个床旋转所述磁体的所述磁场来实现。

7.根据权利要求1所述的磁制冷系统，其中，所述磁体包括环形间隙的一部分，以及

其中，所述环形间隙的所述部分具有与所述磁体向所述一个或多个床中的床施加在所述高状态中的所述时变磁场的持续时间成比例的角范围。

8.根据权利要求7所述的磁制冷系统，其中，所述环形间隙的所述角范围小于170度。

9.根据权利要求7所述的磁制冷系统，其中，所述环形间隙的所述角范围小于150度。

10.根据权利要求7所述的磁制冷系统，其中，所述环形间隙的所述角范围小于130度。

11.根据权利要求1所述的磁制冷系统，另外包括：

具有第一湿直径的热吹流体路径，其中，所述热吹流体路径被配置成将所述热传递流体从所述一个或多个床引导至所述HHEX；以及

具有第二湿直径的冷吹流体路径，其中，所述冷吹流体路径被配置成将所述热传递流体从所述一个或多个床引导至所述CHEX，

其中，所述第一湿直径大于所述第二湿直径。

12.根据权利要求1所述的磁制冷系统，其中，所述阀包括第一转子和第一定子，

其中，所述第一定子包括内槽和外槽，

其中，所述第一转子包括与所述第一定子的所述内槽对应的内孔和与所述第一定子的所述外槽对应的外孔，

其中，所述第一定子的所述内槽被配置成露出所述第一转子的所述内孔的一部分，并且所述第一定子的所述外槽被配置成露出所述第一转子的所述外孔的一部分，以及

其中，所述第一转子的每个内孔对应于所述第一转子的外孔，

其中，所述第一定子和所述第一转子被配置成相对于彼此旋转，使得如果所述第一转子的内孔被所述第一定子的所述内槽露出，则所述第一转子的所述对应外孔未被所述第一定子的所述外槽露出，并且如果所述第一转子的外孔被所述第一定子的所述外槽露出，则所述第一转子的所述对应内孔未被所述第一定子的所述外槽露出。

13.根据权利要求12所述的磁制冷系统，其中，所述第一定子的所述内槽包括具有第一角范围的第一环形区的一部分，以及

其中，所述第一定子的所述外槽包括具有第二角范围的第二环形区的一部分。

14.根据权利要求13所述的磁制冷系统，其中，所述第一角范围大于所述第二角范围。

15.根据权利要求13所述的磁制冷系统，其中，所述第一角范围并不与所述第二角范围重叠。

16.根据权利要求12所述的磁制冷系统，其中，所述阀另外包括第二转子和第二定子，

其中，所述第二定子包括内槽和外槽，

其中，所述第二转子包括与所述第二定子的所述内槽对应的内孔和与所述第二定子的所述外槽对应的外孔，

其中，所述第二定子的所述内槽被配置成露出所述第二转子的所述内孔的一部分，并且所述第二定子的所述外槽被配置成露出所述第二转子的所述外孔的一部分，以及

其中，所述第二转子的每个内孔对应于所述第二转子的外孔，

其中，所述第二定子和所述第二转子被配置成相对于彼此旋转，使得如果所述第二转子的内孔被所述第二定子的所述内槽露出，则所述第二转子的所述对应外孔未被所述第二定子的所述外槽露出，并且如果所述第二转子的外孔被所述第二定子的所述外槽露出，则所述第二转子的所述对应内孔未被所述第二定子的所述内槽露出。

17.根据权利要求16所述的磁制冷系统，其中，所述第二定子的所述内槽包括具有第三角范围的第三环形区的一部分，

其中，所述第二定子的所述外槽包括具有第四角范围的第四环形区的一部分，以及

其中，所述第三角范围大于所述第四角范围。

18.一种磁制冷设备，包括：

多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧；

被配置成向所述多个床施加在高状态和低状态中的时变磁场的磁体；

热传递流体；

热侧热交换器(HHEX)；

冷侧热交换器(CHEX)；

被配置成通过所述多个床、所述HHEX和所述CHEX循环所述热传递流体的泵；

第一入口阀，所述第一入口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述CHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述冷侧；

第一出口阀，所述第一出口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述HHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述热侧；

第二入口阀，所述第二入口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述HHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述热侧；

第二出口阀，所述第二出口阀包括具有一系列孔的第一部件和具有流体连接至所述CHEX的槽的第二部件，每个孔被连接至所述多个床中的床的所述冷侧；

其中，在所述第一入口阀中的所述槽和在所述第一出口阀中的所述槽被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述高状态中时，允许在持续时间Δt_H内从所述床中的每者的所述冷侧至所述床中的每者的所述热侧的所述热传递流体平均流速为Φ_H的流动，

其中，在所述第二入口阀中的所述槽和在所述第二出口阀中的所述槽被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，允许在持续时间Δt_C内从所述床中的每者的所述热侧至所述床中的每者的所述冷侧的所述热传递流体平均流速为Φ_C的流动，以及

其中Δt_C＞Δt_H并且Φ_C＜Φ_H并且Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

19.根据权利要求18所述的磁制冷系统，其中，施加于所述一个或多个床的所述时变磁场通过所述一个或多个床和所述磁体的磁场的相对旋转来实现。

20.根据权利要求19所述的磁制冷系统，其中，所述一个或多个床和所述磁体的所述磁场的所述相对旋转通过所述一个或多个床旋转入和旋转出所述磁体的所述磁场来实现。

21.根据权利要求19所述的磁制冷系统，其中，所述一个或多个床和所述磁体的所述磁场的所述相对旋转通过围绕所述一个或多个床旋转所述磁体的所述磁场来实现。

22.根据权利要求18所述的磁制冷系统，其中，所述磁体包括环形间隙的一部分，以及

其中，所述环形间隙的所述部分具有与所述磁体向所述一个或多个床中的床施加在所述高状态中的所述时变磁场的持续时间成比例的角范围。

23.一种磁制冷设备，包括：

多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧；

被配置成向所述多个床施加时变磁场的磁体；

热传递流体；

热侧热交换器(HHEX)；

冷侧热交换器(CHEX)；

被配置成通过所述多个床、所述HHEX和所述CHEX循环所述热传递流体的泵；.

冷侧阀，所述冷侧阀具有距所述冷侧阀的中心的第一半径和距所述冷侧阀的所述中心的第二半径，所述冷侧阀包括：

第一部件，所述第一部件具有沿所述第一半径的第一系列孔和沿所述第二半径的第二系列孔，其中，所述第一系列孔中的每者流体连接至所述多个床中的每者的冷入口管道，并且其中，所述第二系列孔中的每者连接至所述多个床中的每者的冷出口管道；以及

第二部件，所述第二部件具有沿所述第一半径流体连接至所述CHEX的出口的第一槽和沿所述第二半径流体连接至所述CHEX的入口的第二槽；以及

热侧阀，所述热侧阀具有距所述热侧阀的中心的第三半径和距所述热侧阀的所述中心的第四半径，所述热侧阀包括：

第一部件，所述第一部件具有沿所述第三半径的第三系列孔和沿所述第四半径的第四系列孔，其中，所述第三系列孔中的每者流体连接至所述多个床中的每者的热入口管道，并且其中，所述第四系列孔中的每者流体连接至所述多个床中的每者的热出口管道；以及

第二部件，所述第二部件具有沿所述第三半径流体连接至所述HHEX的出口的第三槽和沿所述第四半径流体连接至所述HHEX的入口的第四槽，

其中，所述第一槽、所述第二槽、所述第三槽和所述第四槽被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述高状态中时，允许在持续时间Δt_H内从所述多个床中的每者的所述冷侧到所述相应床的所述热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动，以及

其中，所述第一槽、所述第二槽、所述第三槽和所述第四槽另外被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，允许在持续时间Δt_C内从所述多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧的平均流速为Φ_C的热传递流体的流动。

其中Δt_C＞Δt_H并且Φ_C＜Φ_H并且Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

24.根据权利要求23所述的磁制冷系统，其中，施加于所述一个或多个床的所述时变磁场通过所述一个或多个床和所述磁体的磁场的相对旋转来实现。

25.根据权利要求24所述的磁制冷系统，其中，所述一个或多个床和所述磁体的所述磁场的所述相对旋转通过所述一个或多个床旋转入和旋转出所述磁体的所述磁场来实现。

26.根据权利要求24所述的磁制冷系统，其中，所述一个或多个床和所述磁体的所述磁场的所述相对旋转通过围绕所述一个或多个床旋转所述磁体的所述磁场来实现。

27.根据权利要求23所述的磁制冷系统，其中，所述磁体包括环形间隙的一部分，以及

其中，所述环形间隙的所述部分具有与所述磁体向所述一个或多个床中的床施加在所述高状态中的所述时变磁场的持续时间成比例的角范围。

28.一种磁制冷和流体冷却设备，包括：

一个或多个磁热材料床，每个磁热材料床具有热侧和冷侧；

被配置成向所述一个或多个床施加在高状态和低状态中的时变磁场的磁体；

热传递流体；

热侧热交换器(HHEX)；

冷侧热交换器(CHEX)；

流体冷却热交换器(HEX)；

被配置成通过所述多个床、所述HHEX、所述CHEX和所述HEX循环所述热传递流体的泵；以及

阀，所述阀被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述高状态中时，控制在持续时间Δt_H内从所述一个或多个床中的每者的所述冷侧到所述相应床的所述热侧并通过所述HHEX的平均流速为Φ_H的所述热传递流体的流动，

其中，所述阀另外被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，控制在持续时间Δt_C内从所述一个或多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧并通过所述CHEX的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动，

其中，所述阀另外被配置成当被施加于所述相应床的所述磁场在所述低状态中时，引导从所述一个或多个床中的每者的所述冷侧出射到所述HEX和出射到所述相应床的所述热侧的所述热传递流体的馏分f，以及

其中Δt_C＞Δt_H并且Δt_HΦ_H＝(1-f)Δt_CΦ_C。

29.一种方法，包括：

将多个磁热材料床旋转入和旋转出磁体的磁场以形成具有高状态和低状态的时变磁场，其中，所述时变磁场被施加于所述多个床中的每者，以及

旋转阀以当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述高状态中时，控制在持续时间Δt_H内从所述多个床中的每者的冷侧到所述相应床的热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动，

其中，旋转所述阀以当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述低状态中时，也控制在持续时间Δt_C内从所述多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动，以及

其中Δt_C＞Δt_H并且Φ_C＜Φ_H并且Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。

30.一种方法，包括：

围绕多个磁热材料床旋转磁体的磁场以形成相关于所述多个床中的每者的具有高状态和低状态的时变磁场，以及

旋转阀以当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述高状态中时，控制在持续时间Δt_H内从所述多个床中的每者的冷侧到所述相应床的热侧的平均流速为Φ_H的热传递流体的流动，

其中，旋转所述阀以当施加于所述相应床的所述时变磁场在所述低状态中时，也控制在持续时间Δt_C内从所述多个床中的每者的所述热侧到所述相应床的所述冷侧的平均流速为Φ_C的所述热传递流体的流动，以及

其中Δt_C＞Δt_H并且Φ_C＜Φ_H并且Δt_HΦ_H＝Δt_CΦ_C。