CN107743570A - 微磁热装置 - Google Patents

Abstract

一种磁热装置，包括：嵌入在两个热量传递结构(TD_热，TD_冷)之间的至少一个磁热材料(5)；用于产生磁场的至少一个电源；至少一个液压回路，在液压回路中工作流体沿恒定的方向流动，并且液压回路包括用于工作流体的至少一个推进装置(6)，其中热量传递结构(TD_热，TD_冷)适于控制热量在磁热材料(5)和工作流体之间的传递或运输。

Description

微磁热装置

背景技术

本发明涉及一种用于制冷、热泵或发电应用的磁热装置。

图1示出了通用电阻磁体M的示意图。其中，磁场的磁极之间的间隙的厚度用d表示。现在，对于间隙的固定宽度和长度，并且对于间隙的固定期望磁通密度，可以计算出，随着厚度d的增加，磁场的质量和体积以阶数3增加。

基于图2，从而可以得出结论：在保持尽可能小的功率输入的同时，间隙的厚度应尽可能小(因为这限定了电阻磁场源的能量效率)。因此，与具有较大间隙厚度且占用相同体积的单一磁场源相比，实施多个微型磁场源会更好。当然，磁场间隙的厚度在例如低于1mm至5mm的范围的小型化，使得主动式蓄冷器(AMR)原理或磁热多孔结构不适用。即，主动式蓄冷器(AMR)需要具有空隙的磁热材料的多孔结构，并且磁热材料的可制造性(即使将来具有可预期的改进)将不能提供如此精细的结构(具有可接受的机械性能的磁热材料厚度低于50微米的有序结构)或填充床结构。在后者中，小颗粒也将产生具有可变水力直径的非常小的空隙，这不会导致受控的流体动力学和热量传递。而且，这种结构中的压力损失变大。特别是如果该装置必须以每单位时间的高次数(例如5Hz以上)的热力循环运行，并且同时在热源和散热器之间提供预定的温度差，这会极大地影响装置的效率。

因此，本发明的目的是提供一种有效的磁热装置。

发明内容

根据第一方面，提供了一种磁热装置，其包括嵌入在两个热量传递结构之间的至少一个磁热材料；和用于产生磁场的至少一个电源。通过将磁热材料嵌入热量传递结构之间，可以以有效的方式实现进出磁热材料的热量传递，而不需要任何工作流体流动通过磁热材料的多孔结构。因此，由于不需要在磁热材料内提供大的孔隙或空隙，该装置可以小型化。本发明的磁热装置还包括至少一个液压回路，其中工作流体在该液压回路中沿恒定的方向流动，并且包括至少一个用于工作流体的推进装置。因此，工作流体可以恒定地流动经过各自的热量传递结构，并且因此可以在磁热装置中提供有效的热量传输。

根据实施方式，热量传递结构可以包括至少一个热敏开关，该热敏开关适于改变从磁热材料到液压回路或从液压回路到磁热材料的热量传递或输送。因此，通过使用至少一个热敏开关可以有效地控制进出磁热材料的热量传递的方向。

根据另一实施方式，热量传递结构可以包括至少一个多功能涂层，该至少一个多功能涂层适于影响工作流体的润湿效应，或/和影响工作流体的热边界层或速度边界层，或/和影响磁热材料的化学保护，或/和影响磁热材料的机械性能，和/或影响磁热材料和多功能层的有效热性能。

根据另一实施方式，热量传递结构可以包括用于从液压回路到磁热材料的热量传递的随时间变化波动的至少一个装置或者包括用于从磁热材料到液压回路的热量传递的随时间变化波动的至少一个装置，其中热量传递的随时间变化的波动可以由磁热材料上方和/或下方的时间相关的可变流体流提供。因此，磁热材料和液压回路之间的热量传递可以通过热量传递结构来控制，使得在第一时间段期间，热量基本上仅从液压回路传递到磁热材料，并且在改变热量传递结构的热量传递特性之后，在第二时间段期间，热量基本上仅从磁热材料传递到液压回路。

根据实施方式，电源可以包括电绕组、用于操纵磁通量方向的芯、以及能够使磁能再生的电路。

电源可以适于执行在0.0001秒至5秒范围内增加或减小磁场强度的随时间的变化。可选地或另外地，电源可以适于执行0特斯拉到40特斯拉范围内的磁场强度的变化。因此，电源可以提供例如在高频率下的磁场强度，使得磁热装置的各个热力学循环以0.2Hz-1kHz的范围内的高频率重复。

根据实施方式，磁热装置可以通过磁布雷顿循环、磁斯特林循环、磁卡诺循环或磁爱立信循环中之一的磁循环来执行制冷、热泵或发电。

根据实施方式，磁热装置可以通过非常规热力学循环执行制冷、热泵或发电，该非常规热力学循环包括磁场过程、和/或磁等温磁化或退磁过程、和/或磁等熵或多变磁化或退磁过程、和/或等磁化过程的组合。

根据实施方式，具有工作流体的液压回路可连接到至少一个热交换器，例如热源交换器或/和散热器热交换器。

根据实施方式，工作流体的推进可以通过离子原理、磁流体动力学原理、磁热原理、磁流变原理、铁磁流体原理、电热原理、电润湿原理、电泳原理、动电学原理或电流体动力学原理来产生。

根据实施方式，工作流体的推进可以通过至少一个活塞、或者通过至少一个涡轮机、至少一个膜、至少一个蠕动机构、至少一种喷射器原理，或者至少一种磁流体动力学原理、至少一种电流体动力学原理、至少一种动电学原理、至少一种电泳原理、至少一种电润湿原理、至少一种铁磁流体动力学原理或至少一种磁流变学原理来产生。

磁热材料可以是在0K至3000K的温度范围内表现出磁热效应的任何材料。

根据实施方式，可以使用多个磁热材料，其中的每一个磁热材料具有0K至3000K范围内的居里温度。

根据实施方式，可以存在至少一个或多个磁场源和多个磁热材料，以便提供从微观尺度升级到宏观的、用于制冷、热泵或发电的装置。

根据实施方式，该装置可以包括至少一个磁场源和多个磁热材料，其中每个磁热材料被嵌入在两个热量传递结构之间，并且其中提供共同的液压回路，使得热量传递结构适于控制热量在每个磁热材料和工作流体之间的传递或传输。因此，可以通过使用最少一个，更确切地说是包含各自的磁热材料和热量传递结构的多个微观尺度组件来提供宏观尺度磁热装置。其中，微观尺度组件可以与例如多极磁场源的公共的磁场源结合，或者可以设置有多个磁场源。

而且，在特定情况下，磁场源可以表示与永磁体结合的电线圈的组合。

根据实施方式，如上所述的多个磁热装置可以被结合以形成级联系统。级联系统包括多个磁热装置，其中在制冷或热泵的情况下，具有最低温度的第一装置的散热器表示第二阶段的热源等。

根据实施方式，包括至少一个热敏开关的热量传递结构可以基于热敏开关材料的热导率的各向异性。或者，热敏开关可以包括至少一个热敏开关复合材料，该热敏开关复合材料显示有效热导率的各向异性。在这种特定情况下，热敏开关的热导率的各向异性随外部影响(例如温度变化，磁或电手段或其他手段)而变化。该原理的目的是热敏开关材料或复合材料允许热量在特定温度下沿所需方向流动，并且防止或降低在另一温度下沿该方向流动的热量的速率。

可替代地，热敏开关可基于通过弹性体材料或液晶的机械接触，或基于铁磁流体、磁流变原理、液态金属、电流变原理、磁流体动力学原理、电润湿原理、电泳原理、动电学原理或电流体动力学原理。在这种特定情况下，处于固体、悬浮液或液体状态的热敏开关表示热接触，该热敏开关可以通过电、磁或热效应进行运行。当需要从磁热材料中去除热量时，这种热敏开关从磁热材料吸收热量(当磁热材料处于磁化状态时)，并且通过运行本段中提到的机构，改变其形状或位置以执行(例如经由延伸表面)到散热器的机械接触热量。当磁热材料退磁(例如冷却)时，相同的热敏开关防止热量从散热器(例如经由延伸表面)流动到磁热材料。然而，此时的另一热敏开关提供热源(经由另一延伸表面)与磁热材料之间的机械接触。

作为另一替代实施方式，热敏开关原理可以基于热电(帕尔帖或塞贝克)、热离子、自旋热电子学(自旋帕尔帖或自旋塞贝克)。同样在这种情况下，作为示例，磁热材料可以被嵌入在两个热敏开关或例如其上下表面之间。在这种情况下，热敏开关可以用作热泵，该热泵在一侧连接到磁热材料并且另一侧连接到延伸表面。当磁热材料被磁化时，例如开启上热敏开关(例如通过设置电流流动)。热量从磁化的磁热材料发射地输送到延伸表面。同时，关闭下热敏开关，从而防止热量从磁热材料流向热源(通过下延伸表面)。当磁热材料退磁时，关闭上热敏开关，并且开启下热敏开关，从而热量从热源(通过下延伸表面)被泵送到磁热材料。

根据另一方面，提供了一种磁热装置，该磁热装置包括至少一种嵌入在两个热量传递结构之间的磁热材料。该装置进一步包括至少一个电源和至少一个液压回路。该至少一个电源用于产生磁场，其中电源能够使磁能再生。该至少一个液压回路包括用于工作流体的至少一个推进装置，其中热量传递结构适于控制热量在磁热材料和工作流体之间的传递或传输。因此，在根据另一方面的磁热装置的每个循环期间，至少一些由电源产生的磁能可以被再生，使得该装置的整体能量效率能够增加。

根据实施方式，电源可以包括电磁体和能量收集器装置。能量收集器装置可以用于存储至少一些电磁体的磁场的能量，并且还可以用于将存储的能量提供给电磁体以在装置的随后的运行循环或运行阶段中产生磁场。其中，电源可适用于在电磁体的磁场关闭时给能量收集器装置充电，并且当磁场开启时，使用充电的能量收集器装置在电磁体中产生磁场。

根据实施方式，电源还可以包括第一开关装置和第二开关装置。该第一开关装置用于将电磁体连接至能量收集器装置以用于对能量收集器装置充电，以及该第二开关装置用于通过释放存储在能量收集器装置中的能量来使电流开始流动通过电磁体，从而将能量收集器装置连接至电磁体以用于开启在电磁体中的磁场。

根据实施方式，能量收集器装置可以包括电池或电容器

根据实施方式，磁场可以由至少一个电源和至少一个永磁材料产生。因此，可以使用永磁体来产生磁场以用于磁化磁热材料。此外，电路可以使磁能再生，以确保磁热装置的高能量效率。

附图说明

现将参考附图来描述本发明的实施方式，其中相同的附图标记表示相同或相应的元件，并且其中：

图1示出了电阻磁体的示意图；

图2示出了相对于产生1T磁场的磁场间隙厚度的电阻磁体的质量的图；

图3示出了根据第一实施方式的微磁热制冷机或热泵；

图4示出了根据第二实施方式的微磁热发电机；

图5示出了根据第三实施方式的微磁热制冷机或热泵；

图6示出了根据第四实施方式的微磁热发电机；

图7示出了根据第五实施方式的微磁热制冷机或热泵；

图8示出了根据第六实施方式的微磁热发电机；

图9示出根据第七实施方式的微磁热制冷机或热泵；

图10示出了根据第八实施方式的微磁热发电机；

图11示出了在磁热材料和工作流体之间的热量传递的示意图；

图12示出了以圆筒形结构的、具有多个流体通道的多极磁场源；

图13示出了采用热敏开关的替代实施方式；

图14示出了采用多功能表面的另一替代实施方式；

图15示出了采用热敏开关、多个磁热材料和具有多个磁极的磁场的第三替代实施方式；

图16示出了采用多功能表面、多个磁热材料和具有多个磁极的磁场的第四替代实施方式；

图17示出了采用呈圆筒形结构的多极磁场源、多个磁热材料和多个流体通道的第五替代实施方式；

图18示出了用于在磁场源中使磁能再生的电路的示意图。

图19示出了基于磁热效应和卡诺热力学循环的热力发动机的示意性运行图；

图20示出了用于在磁场源中使磁能再生的电路的示意图。

图21示出了用于在磁场源中使磁能再生的电路的示意图。

图22示出了在图18所示的电路中的流动经过电磁体的电流相对于时间的图。

图23示出了磁场源结构的第一实施方式，其中磁热材料被嵌入该磁场源结构中。

图24示出了磁场源结构的第二实施方式，其中磁热材料被嵌入该磁场源结构中；

图25示出了磁场源结构的第三实施方式，其中磁热材料被嵌入该磁场源结构中。

图26示出了磁场源结构的第四实施方式，其中磁热材料被嵌入该磁场源结构中。

图27示出了磁场源结构的第五实施方式，其中磁热材料被嵌入该磁场源结构中

图28示出了磁场源结构的第六实施方式，其中磁热材料被嵌入该磁场源结构中。

具体实施方式

在各种实施方式的以下描述中，将参考附图，其中相同的附图标记表示相同或相应的元件。附图不一定按比例。相反，某些特征可能按比例放大示出或以某种简化的或示意性的方式放大示出，其中为了举例说明本发明的原理，某些常规元件可能已经被省略，而不是使用不利于理解这些原理的细节来使附图混乱。

应该注意的是，除非另有说明，否则不同的特征或元件可以彼此组合，无论它们是否已经作为下面的相同实施方式的一部分被一起描述。完成在示例性实施方式中的特征或元件的组合是为了便于理解本发明，而不是将其范围限制为一组限制性的实施方式，并且在各个实施方式示出具有基本上相同功能的替代元件的情况下，它们是可以互换的，但是为了简洁起见，没有试图公开特征的所有可能的排列组合的完整描述。

此外，本领域技术人员将会理解，可以在不具有包括在该详细描述中的许多细节的情况下实施本发明。相反，一些公知的结构或功能可能不被详细示出或描述，以避免不必要地使各种实施方式的相关描述模糊。下面给出的描述中使用的术语，即使其与本发明的某些具体实施方式的详细描述结合使用，旨在以其最宽泛的合理方式进行解释。

如图3所示，在第一实施方式中，微磁热装置1可以作为制冷机或者作为热泵运行，其中可以提供磁能的再生，并且热量可以根据与液压回路中的流体流动相结合的热敏开关原理而再生。该装置包括磁场源2，磁场源2具有铁芯或软铁磁材料芯3和至少一个线圈绕组4或用于电流流动的其他装置。至少一个电路(图3中未示出)可以被设置用于控制、调节磁能的运行和再生。在由磁场源2产生的磁极之间的间隙中，设置至少一个磁热材料5(MC材料5)。如在图3的左侧的示意性截面图中详细示出的，MC材料5位于分别由TD_冷和TD_热表示的两个热敏开关机构之间。对于这些热敏开关机构中的每一个热敏开关机构，附接各自的分别由ES_冷和ES_热表示的延伸表面。如箭头所示，工作流体由泵送装置6在连续回路中泵送，经过各自的延伸表面ES_冷和ES_热并通过热源热交换器CHEX和散热器热交换器HHEX。

基本运行如下：当磁场源2开启时，热敏开关TD_热处于运行中，从而表示用于将热量从磁热材料5传输到延伸表面ES_热的手段。通过延伸表面ES_热，工作流体沿从热源热交换器CHEX到散热器热交换器HHEX的方向流动，其中，工作流体的推进由泵送装置6或由任何其他工作流体推进系统提供。以这种方式，工作流体从延伸表面ES_热吸收热并在HHEX中排出热。在磁场源2关闭之前，热敏开关机构TD_热停止运行。因此，可防止磁热材料与延伸表面ES_热之间的热量传输，其中关闭的热敏开关可以表示绝热屏障。当磁场源2关闭时，热敏开关机构TD_冷被开启，从而表示用于将热量从延伸表面ES_冷经由热敏开关传输到磁热材料5的手段。通过延伸表面ES_冷，工作流体沿从散热器热交换器HHEX到热源热交换器CHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或由任何其它工作流体推进系统提供。以这种方式，工作流体将来自延伸表面ES_冷的热经由热敏开关TD_冷传递到磁热材料5。然后重复这个循环。取决于期望的热力学循环，工作流体可以连续地或不连续地流动。此外，工作流体流动、热敏开关机构的运行以及磁场源的运行可以通过微磁热装置以不同的热力学循环运行的方式进行调整。

图4示出了磁热装置1的第二实施方式。第二实施方式包括微磁热装置1，该微磁热装置作为具有磁能再生的发电机运行，并实施由热敏开关原理执行的热的再生。在这种特定情况下，至少一个磁热材料5嵌入在分别由TD_冷和TD_热表示的两个热敏开关机构之间。对于这些热敏开关机构中的每一个热敏开关机构，附接各自的分别由ES_冷和ES_热表示的延伸表面。基本运行如下：磁场源2可以包括至少一个铁芯或软铁磁材料芯3、至少一个线圈绕组4或用于电流流动的其它装置，以及用于控制、调节磁能的运行和再生的至少一个电路。当磁场源2开启时，热敏开关TD_热处于运行中，从而用于表示将热量从延伸表面ES_热输送到磁热材料5的手段。通过延伸表面ES_热，工作流体沿着从热源热交换器HHEX到散热器热交换器CHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或由任何其他工作流体推进系统提供。以这种方式，来自HHEX的工作流体将热量传递到延伸表面ES_热和TD_热。在CHEX中，工作流体从系统中去除热。在磁场源2关闭之前，热敏开关机构TD_热被关闭，从而防止磁热材料5与延伸表面ES_热之间的热量传输，其中关闭的热敏开关机构TD_热可以表示绝热屏障。当磁场源关闭时，热敏开关机构TD_冷被开启，从而表示用于将热量从磁热材料5经由热敏开关TD_冷输送到延伸表面ES_冷的手段。通过延伸表面ES_冷，工作流体沿着从散热器热交换器CHEX到热源热交换器HHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或由任何其他工作流体推进系统提供。以这种方式，磁热材料5通过TD_冷将热量传递到工作流体再到延伸表面ES_冷。然后重复这个循环。取决于期望的热力学循环，工作流体可以连续地或不连续地流动。此外，工作流体流动、热敏开关机构的运行以及磁场源2的运行可以通过微型磁热装置以不同的热力学循环运行的方式进行调整。

在本发明的第三实施方式中，如图5所示的微磁热装置1作为具有磁能再生的制冷机或者热泵运行，并且利用至少一种磁热材料5上的多功能涂层来实施热的再生。在这种特定情况下，磁热材料5涂有分别由多功能表面MS_冷和多功能表面MS_热表示的两个多功能涂层。这些多功能涂层中的每一个涂层都可以分别连接至分别由延伸表面ES_热和ES_冷提供的流体流动通道的一部分或可以表示分别由延伸表面ES_热和ES_冷提供的流体流动通道的一部分。

根据第三实施方式的微磁热装置1的基本运行如下：磁场源2可以包括至少一个铁芯或软铁磁材料芯3、至少一个线圈绕组4或用于电流流动的其它装置，以及用于控制、调节磁能的运行和再生的至少一个电路。当磁场源2开启时，包括多功能表面MS_热的涂层处于运行中，从而表示影响热边界层或速度边界层、或流体流动润湿的手段。由此，热量在磁热材料5与工作流体之间的传递得到增强。因此，包含多功能表面MS_热的涂层表示用于影响将热量从磁热材料5传递到延伸表面ES_热中的工作流体的手段。通过延伸表面ES_热，工作流体沿着从热源热交换器CHEX到散热器热交换器HHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或由任何其他工作流体推进系统提供。工作流体从扩展表面ES_热和多功能表面MS_热吸收热量并在HHEX中排出。在磁场源2关闭之前，多功能表面MS_热关闭，从而表示防止热量在磁热材料5与延伸表面ES_热中的工作流体之间传输的手段。关闭的多功能表面MS_热可以通过影响工作流体的热边界层或速度边界层、或润湿而表示绝热屏障。当磁场源2被关闭时，多功能表面MS_冷被开启，从而表示用于通过影响热边界层或速度边界层、或工作流体的润湿而将热量从延伸表面ES_冷中的工作流体传输到磁热材料5的手段。通过延伸表面ES_冷，工作流体沿着从散热器热交换器HHEX到热源热交换器CHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或由任何其他工作流体推进系统提供。以此方式，工作流体将来自延伸表面ES_冷和多功能表面MS_冷的热量传递到磁热材料5。然后重复该循环。取决于期望的热力学循环，工作流体可以连续地或不连续地流动。此外，工作流体流动、多功能涂层的运行以及磁场源2的运行可以通过微磁热装置以不同的热力学循环运行的方式进行调整。

如图6所示，在本发明的第四实施方式中，微磁热装置1作为具有磁能再生的发电机运行，并且通过磁热材料5上的多功能涂层来实施热量的再生。在这种特定情况下，磁热材料5涂有分别由多功能表面MS_冷和多功能表面MS_热表示的两个多功能涂层。

这些涂层的每个涂层被附接至由延伸表面提供的流体流动通道的一部分或表示由延伸表面提供的流体流动通道的一部分，该延伸表面分别由延伸表面ES_冷和延伸表面ES_热表示。根据第四实施方式的微磁热装置1的基本运行如下：磁场源2包括至少一种铁芯或软铁磁材料芯3、至少一个线圈绕组4或用于电流流动的其他装置、以及用于控制、调节磁能的运行和再生的至少一个电路。当磁场源2开启时，包括多功能表面MS_热的涂层处于运行中，从而表示影响热边界层或速度边界层、或流体流动润湿的手段。由此，热量在磁热材料5与工作流体之间的传输得到增强。因此，多功能表面MS_热表示将热量从工作流体传输到磁热材料5的手段。通过延伸表面ES_热，工作流体沿着从热源热交换器HHEX到散热器热交换器CHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或任何其他工作流体推进系统提供。以此方式，工作流体将热传递至延伸表面ES_热和多功能表面MS_热。在散热器热交换器CHEX中，工作流体将热量从系统中排出。在磁场源2关闭之前，多功能表面MS_热关闭，从而表示通过影响热边界层和速度边界层、或工作流体的润湿来防止热量在磁热材料5与延伸表面ES_热中的工作流体之间传输的手段。其中关闭的多功能表面MS_热可以表示绝热屏障。当磁场源2被关闭时，多功能表面MS_冷被开启，从而表示用于通过影响热边界层或速度边界层、或工作流体的润湿而将热量从磁热材料5经由延伸表面ES_冷和多功能表面MS_冷传输到工作流体的手段。通过延伸表面ES_冷，工作流体沿着从散热器热交换器CHEX到热源热交换器HHEX的方向流动，其中工作流体的推进由泵送装置6或通过任何其他工作流体推进系统提供。以此方式，磁热材料5通过延伸表面ES_冷和多功能表面MS_冷将热量传递到工作流体。然后重复该循环。取决于期望的热力学循环，工作流体可以连续地或不连续地流动。此外，工作流体流动、多功能涂层的运行以及磁场源2的运行可以通过微磁热装置以不同的热力学循环运行的方式进行调整。

图7示出了第五实施方式，其中多个磁热材料5和特别设计的具有磁能再生的电阻性多极磁场源2形成磁热制冷机或热泵。第五实施方式的运行原理与以上第一实施方式所描述的运行原理类似。

图8示出了第六实施方式，其中多个磁热材料5和特别设计的具有磁能再生的电阻性多极磁场源2形成磁热发电机。第六实施方式的运行原理与以上第二实施方式所描述的运行原理类似。

图9示出了第七实施方式，其中微磁热装置1作为具有磁能再生的制冷机或热泵运行，并且实施由磁热材料5上的多功能涂层执行的热量再生。这种解决方案包括多个磁热材料5和特别设计的电阻性多极磁场源2。在此特定情况下，磁热材料5涂覆有分别由多功能表面MS_冷和多功能表面MS_热表示的两个多功能涂层。第七实施方式的运行的原理与以上第三实施方式所描述的运行原理类似。

图10示出第八实施方式，其中所述微磁热装置1作为具有磁能再生和具有由磁热材料5上的多功能涂层执行的热量再生的发电机运行。这种解决方案包括多个磁热材料5和特别设计的电阻性多极磁场源2。在此特定情况下，磁热材料5涂覆有分别由多功能表面MS_冷和多功能表面MS_热表示的两个多功能涂层。第多八实施方式的运行原理与以上第四实施方式所描述的运行原理类似。

在如图11所示的第九实施方式中，给出了热量在磁热材料5与工作流体之间传递的替代机构。该机构可以应用于磁热装置1的任何其他实施方式。这种特定的机构也可以与热敏开关机构或与多功能涂层结合。运行原理如下：对于每个磁热材料5，具有流体通道的延伸表面附接在磁热材料的上方和下方。在图11所示的实施方式中，设置有一对磁热材料5，并且分别在图11的左侧和右侧示出了该装置的两种不同的运行模式。在如图11左侧所示的运行模式1中，上磁热材料5’被磁化，而下磁热材料5”被退磁。由于被磁化的MC(磁热)材料5’是加热的，所以工作流体通过延伸表面ES_热从CHEX到HHEX的流动。在这种情况下，延伸表面ES_热位于磁化的磁热材料5’的上方。在磁化的磁热材料5’的下方的是延伸表面ES_冷。在这种情况下，延伸表面ES_冷的通道中的工作流体静止。由于移动流体和静态流体之间的热量传递系数不同，大部分热量从磁化的MC材料5’传递到在延伸表面ES_热中流动的工作流体。与此同时，下磁热材料5”被退磁。因此，当下延伸表面ES_热中的流体保持静止时，流体流动通过与退磁的MC材料5”接触的下延伸表面ES_冷。在如图11右侧所示的运行模式2中，上磁热材料5’被退磁，并且下磁热材料5”被磁化。由于退磁的MC材料5’是冷却的，所以工作流体从HHEX到CHEX流动通过退磁的磁热材料5’下面的延伸表面ES_冷。在退磁的磁热材料5’上方的是延伸表面ES_热。在这种情况下，延伸表面ES_热的通道中的工作流体静止。由于移动流体和静态流体之间的热量传递系数的差异，大部分热量从工作流体(其在延伸表面ES_冷中流动)传递到退磁的材料5’。与此同时，下磁热材料5”被磁化。因此，当上延伸表面ES_冷中的流体保持静止时，流体流动通过上延伸表面ES_热。当装置在两种运行模式之间切换时，如图11中的两种运行模式所示的工作流体的流动可以是连续的，其中工作流体在如上所述的至少两个单独的通道中流动。

如图12所示，第十实施方式涉及可以以圆筒形结构实现的、具有多个磁热材料5和多个流体通道的多极磁场源2。该实施方式可以包括热敏开关，或者可以包括如上所述涂覆在磁热材料5上的多功能材料。根据第十实施方式的磁热装置可以作为制冷机、热泵或发电机运行。

图3至图12所示的各种实施方式具有共同的特征，该共同的特征为当磁体的磁极与磁热材料的侧表面相邻时，磁热材料位于磁体的磁极之间的间隙内，并且热敏开关或多功能涂层位于该间隙之外，即在磁热材料的“顶部和底部”表面上。当采用如图11所示的特定的热量传递方法时，这也适用于解决方案。

在图13-图17中示出了另外的替代实施方式。

根据如图13所示的第一替代实施方式，与上面结合图4所述的结构类似，包括磁热材料5和热敏开关TD_热和TD_冷的分层结构被定位成使得各自的热敏开关TD_热和TD_冷处于与磁体铁芯3的磁极相邻的位置，磁热材料5夹在热敏开关TD_热和TD_冷之间。因此，可以确保磁热材料5的与热敏开关TD_热和TD_冷直接接触的表面位于最大磁场强度的区域中。

图14示出了第二替代实施方式，其不同于图13的第一替代实施方式之处在于提供多功能表面而不是热敏开关。

如图15所示，在第三替代实施方式中，热敏开关和多个磁热材料5与具有多个磁极的磁场源2一起提供，并且在如图16所示的第四替代实施方式中，多功能表面和多个磁热材料5与具有多个磁极的磁场源2一起提供。

图17示出了第五替代实施方式，其中多极磁场源2设置为以圆筒形结构与多个磁热材料5和多个流体通道结合。

在本发明的所有实施方式中，作为磁场源的一部分的电路可以使磁能再生。电路的实施方式在图18、图20和图21中示出。

图18示出了作为磁场源2的一部分的、用于存储和再生磁场能的电路的总体示意图。图19示出了基于磁热效应和卡诺热力学循环的热力发动机的运行示意图。

电磁体的磁场能可以等效地表示为:

其中L是电磁体的电感，I是流动经过电磁体线圈的电流。如图18所示，开关S1用于将流过电磁体3、电磁体4的电流重新导向至能量收集器装置7，该能量收集器装置7可以是电池、电容器或其他类似的元件。当电流停止流动时，电磁体中的磁场消失，并且能量收集器装置被充电。

要开启在电磁体中的磁场，开关S2被用来释放储存在能量收集器的能量以使电流开始流动通过电磁体。

由于电阻损耗和能量收集器装置的损耗，一旦电流流动建立，就需要电压源V来维持电流。

该电路主要用作高效的开关和储能装置。与磁热材料相结合的该运行如下：在制冷机或热泵的情况下，执行以下步骤。当磁场开启(S2开启)时，磁热材料升温，然后建立热量在磁热材料和工作流体之间的传递(通过本发明中提出的先进热量传递解决方案)，使得磁热材料散热到工作流体中。当磁场被关闭(S1开启)时，磁热材料冷却，并且当与工作流体接触时(通过本发明提出的先进的热量传递解决方案)，磁热材料从工作流体中吸收热量。

当磁热装置1作为热力发动机(发电机)运行时，程序是相反的。将描述用于卡诺热力学循环的运行，但是应该注意的是也可以建立其他热力学循环。在第一阶段(图18、图19，过程1至3)，开关S1开启，来自电磁体的电流开始对能量收集器装置充电。在这个阶段，由于磁热效应，磁热材料将开始冷却，但是当与热的工作流体接触时(热敏开关开启或多功能涂层开启)，磁热材料从工作流体吸收热量。因此，根据该示例，材料等温退磁(图19，过程1-2)。然后(图19，过程2-3)，关闭热敏开关(TD_热)(或者将多功能涂层关闭)，并且磁热材料5现在被热隔离，但是仍然处于退磁状态。由于磁热效应，磁热材料冷却。在第二阶段(图19，过程3至1)中，开关S2开启，来自能量收集器装置的能量使电流开始在电磁体中流动。在这个阶段中，磁热材料5由于磁热效应而被加热，但是当与工作流体接触时(冷却的热敏开关TD_冷开启或冷侧的多功能涂层开启)，磁热材料5将热量传递到工作流体中。作为示例，磁热材料5在该步骤中等温磁化(图19，过程3-4)。然后(图19，过程4-1)关闭冷却的热敏开关TD_冷(或关闭多功能涂层)，因此磁热材料5升温。根据磁热效应的热力学，在过程(1到3)的第一阶段中存储的能量大于在过程(3到4)的第二阶段中使用的能量，即存在可用于其他机械或电力运作的一部分能量。

图20示出了图18所示概念的实施方式。在这种情况下，能量收集器装置7是电容器(电容器condenser)。开关运行说明如下：

1.电流通过S1和S2从电压源V流动到接地端GND。

2.S1从GND切换到电容器7，现在电流流入电容器7。

3.当电流停止流动时，电容器7充电，S1和S2切换到中性位置。

4.将S1切换到GND并且将S2切换到电磁体3、电磁体4，使电磁体3、电磁体4中的电流开始流动(通过电容器7放电)。

5.当电容器7放电时(或当达到所需电流时)，S2将电磁体3、电磁体4连接到电压源，以维持电磁体3、电磁体4中的电流。

6.重复这个循环。

图21示出了图18和20中描述的电路的进一步实现。它使用金属-氧化物半导体场效应晶体管作为开关(没有显示门驱动器)。开关运行说明如下：

1.电流在电磁体中通过二极管D1和金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1从电压源V流动到接地端GND。

2.金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2同时关闭，强制电磁体中的电流对电容器充电。当电流停止流动时，电容器充电，磁场消失。

3.现在将金属-氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2同时开启。电流开始从电容器流向GND。二极管D2防止电容器对GND直接放电，二极管D1防止电流从电容器流入电压源。

4.当电容器放电时，电压源V维持电磁体中的电流。

5.重复这个循环。

当执行步骤1、2、3、4时，如图22所示，电磁体中的电流随时间变化，当步骤1-4在图21所示的电路中实施时，图22示出了通过电磁体的电流相对于时间的流动。

对于本发明的所有实施方式，如上所述的具有磁能再生的磁场源2也可以表示在其中嵌入磁热材料5的结构。其中一些实施方式示于图23至图28中。注意在图23至图28的所有情况下，可以应用结合图3至图16所示的实施方式描述的热量传递原理。

图23示出了磁场源2作为在其中嵌入磁热材料5的结构的第一实施方式。其中，磁场源2的电线圈4可以包围磁热材料5。在这种特定情况下，电线圈与工作流体、多功能涂层或热敏开关直接接触。

图24示出了在其中嵌入磁热材料5的磁场源2的第二实施方式。其中，可以在磁热材料5和周围的电线圈4之间设置一层软铁磁材料8。在这种特定情况下，电线圈也与工作流体、多功能涂层或热敏开关直接接触。

图25示出了在其中嵌入磁热材料5的磁场源2的第三实施方式。其中，磁热材料5设置于铁芯3的内部，其中软铁磁材料8的由电线圈4的相应部分围绕的相应区域位于磁热材料5的相反两侧。与在图23和24中示例相比，在这种特定的情况下，磁热材料被涂覆或体现为本发明中的其他示例。

图26示出了在其中嵌入磁热材料5的磁场源2的第四实施方式。与图25的第三实施方式相比，磁热材料5不仅与软铁磁材料8的相邻区域邻接，而且还与围绕软铁磁材料8的电线圈4直接接触。与在图23和24中的示例相比，同样在这种特定情况下，磁热材料被涂覆或体现为本发明中的其他示例。

图27示出了在其中嵌入磁热材料5的磁场源2的第五实施方式。其中，磁热材料夹在两层软铁磁材料8之间。与在图23和24中的示例相比，同样在这种特定情况下，磁热材料被涂覆或体现为本发明中的其他示例。

图28示出了在其中嵌入磁热材料5的磁场源2的第六实施方式。其中，形成了多层结构，其中磁热材料层5在磁场源2内设置有流体通道9。可以设置将两个单独的磁热材料层5连接的导热材料10。如上所述，流体通道9可以形成于设置在磁热材料的各自表面上的热敏开关或多功能涂层中，和/或与设置在磁热材料的各自表面上的热敏开关或多功能涂层相邻。

与在此描述的其他实施方式相比，应用图23至图28中所示的替代实施方式的效果是使得磁场源进一步小型化，并且由此进一步使装置小型化。此外，这样的实施方式可以带来优势以补偿一些磁热材料的较差的机械性能。而且，这些实施方式还可以提高有效导热率。而且，这也适用于上述的其他实施方式，图23至图28示出了磁场源仅磁化磁热材料5而不磁化磁热材料和流体空隙之间的空间的改型。这最后实际上是公知的主动式蓄冷器的缺点。

作为本发明中任何给定解决方案的替代方案，除了电线圈之外，磁场源还可以包括附加的永磁材料。

Claims (15)

1.一种磁热装置(1)，包括：

至少一个磁热材料(5)，所述磁热材料嵌入在两个热量传递结构(TD_热，TD_冷；MS_热，MS_冷)之间；

至少一个电源(2)，所述电源用于产生磁场；以及

至少一个液压回路，在所述液压回路中，工作流体沿恒定的方向流动，并且所述液压回路包括用于所述工作流体的至少一个推进装置(6)，其中，所述热量传递结构(TD_热，TD_冷；MS_热，MS_冷)适于控制热量在所述磁热材料(5)与所述工作流体之间的传递或传输。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述热量传递结构包括至少一个热敏开关(TD_热，TD_冷)，所述热敏开关适于控制热量从所述磁热材料(5)到所述液压回路的传递或传输，和/或控制热量从所述液压回路到所述磁热材料(5)的传递或传输。

3.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述热量传递结构包括至少一个多功能涂层(MS_热，MS_冷)，所述多功能涂层(MS_热，MS_冷)适于影响所述工作流体的润湿效应，和/或影响所述工作流体的热边界层或速度边界层，和/或影响所述磁热材料(5)的化学保护，和/或影响所述磁热材料(5)的机械性能，和/或影响所述磁热材料(5)和/或所述多功能涂层(MS_热，MS_冷)的有效热性能。

4.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述电源(2)包括电绕组(4)、用于操纵磁通量方向的芯(3)以及能够使磁能再生的电路。

5.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，具有所述工作流体的所述液压回路连接到至少一个热交换器(CHEX，HHEX)，例如热源热交换器或/和散热器热交换器。

6.根据权利要求1所述的装置(1)，包括至少一个磁场源和多个磁热材料(5)，其中，每个磁热材料(5)嵌入在两个热量传递结构(TD_热，TD_冷；MS_热，MS_冷)之间，并且其中设置有公共液压回路，使得所述热量传递结构(TD_热，TD_冷；MS_热，MS_冷)适于控制热量在各个磁热材料(5)与所述工作流体之间的传递或传输。

7.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，若干子装置形成级联系统。

8.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所述热敏开关(TD_热，TD_冷)包括呈现热导率的各向异性的至少一个热敏开关材料，或者包括呈现有效热导率的各向异性的至少一个热敏开关复合材料。

9.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所述热敏开关(TD_热，TD_冷)基于弹性体材料或液晶的机械接触，或者基于铁磁流体、磁流变原理、液体金属、电流变原理、电润湿原理、电泳原理、磁流体动力学或电流体动力学。

10.根据权利要求2所述的装置(1)，其中，所述热敏开关(TD_热，TD_冷)基于热电传输效应(帕尔帖效应或塞贝克效应)、热离子传输效应或自旋热电子学(自旋帕尔帖或自旋塞贝克)传输效应。

11.一种磁热装置(1)，包括：

至少一个磁热材料(5)，所述磁热材料嵌入在两个热量传递结构(TD_热，TD_冷；MS_热，MS_冷)之间；

至少一个电源(2)，所述电源用于产生能够使磁能再生的磁场；以及

至少一个液压回路，所述液压回路包括用于工作流体的至少一个推进装置(6)，其中，所述热量传递结构(TD_热，TD_冷；MS_热，MS_冷)适于控制热量在所述磁热材料(5)与所述工作液体之间的传递或传输。

12.根据权利要求11所述的磁热装置(1)，其中，所述电源(2)包括电磁体(3、4)和能量收集器装置(7)，其中，所述电源(2)适于在所述电磁体(3、4)的磁场被关闭时对所述能量收集器装置(7)充电，并且适于在磁场被开启时使用充电的能量收集器装置(7)以用于在所述电磁体(3、4)中产生磁场。

13.根据权利要求12所述的磁热装置(1)，其中，所述电源(2)还包括第一开关装置(S1)和第二开关装置(S2)，所述第一开关装置(S1)用于将所述电磁体(3、4)连接至所述能量收集器装置以用于给所述能量收集器装置(7)充电，所述第二开关装置(S2)用于将所述能量收集器装置(7)连接至所述电磁体(3、4)以通过释放存储在所述能量收集器装置(7)中的能量来使电流开始流动通过所述电磁体(3、4)从而在所述电磁体中开启磁场。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的磁热装置(1)，其中，所述能量收集器装置(7)包括电池或电容器。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的磁热装置(1)，其中，所述磁场由至少一个电源(2)和至少一个永磁材料产生，并且其中电路能够使磁能再生。