CN113272600B - 用于热量回热器的不均匀流量阀 - Google Patents
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Abstract
一种热量回热器系统包括流动主体，该流动主体限定多个冷侧通道、多个热侧通道和中心通路。端口主体被接纳在流动主体的中心通路内，使得流动主体可相对于端口主体旋转。端口主体限定热侧端口和冷侧端口。热侧端口的宽度小于冷侧端口的宽度。环形热量回热器与多个冷侧通道和多个热侧通道处于流体连通，使得传热流体可通过多个冷侧通道流入环形热量回热器，并通过多个热侧通道流出环形热量回热器。
Description
技术领域
本主题总体上涉及用于器具的热式热泵。
背景技术
传统的制冷技术通常利用热泵循环地接收和排出热量，以便实现期望的温度变化或将热能从一个位置传递到另一个位置，该热泵依赖于液体制冷剂的压缩和膨胀。这种循环可用于从冷藏隔室接收热量并将这些热量排到环境中或在该隔室外部的位置。其他应用包括住宅或商业建筑的空气调节。已经开发出可以在此类系统中与热泵一起使用的各种不同的液体制冷剂。
尽管已经对依赖于液体制冷剂的压缩的此类热泵系统进行了改进，但最好的情况下仍只能以最大理论卡诺循环效率的约百分之四十五或更少来进行操作。而且，由于对环境的关注，一些液体制冷剂已经停止使用。对于某些位置，某些基于制冷剂的系统可以进行操作的环境温度范围可能是不切实际的。使用液体制冷剂的热泵也面临着其他挑战。
磁热材料(MCM)，即表现出磁热效应的材料，为热泵应用的液体制冷剂提供了潜在的替代选择。通常，在外部施加的磁场增大的情况下，MCM的磁矩变得较有序，并导致MCM生成热量。相反，减小外部施加的磁场会使MCM的磁矩变得较无序，并使MCM吸收热量。一些MCM表现出相反的行为，即，当移除磁场时生成热量(有时被称为顺磁热材料，但是在本文中将这两种类型统称为磁热材料或MCM)。基于MCM的制冷循环的理论卡诺循环效率可以显著高于基于液体制冷剂的可比制冷循环的理论卡诺循环效率。这样，可以有效地使用MCM的热泵系统将是有用的。
然而，MCM的实际且有成本竞争力的使用面临着挑战。除了开发合适的MCM外，仍然需要在利用MCM方面有吸引力的设备。当前提出的设备可能需要相对较大且昂贵的磁体，在例如器具制冷中使用可能是不切实际的，并且在其他方面可能无法以足够的效率进行操作以证明资金成本的合理性。
因此，可以解决诸如上述确定的某些挑战的热泵系统将是有用的。也可以在冰箱器具中使用的这种热泵系统将同样是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。
在第一示例实施例中，热量回热器(caloric regenerator)系统包括流动主体，该流动主体限定多个冷侧通道、多个热侧通道和中心通路。多个冷侧通道沿着轴向方向与流动主体内的多个热侧通道间隔开。多个冷侧通道中的每一个从中心通路沿径向方向延伸。多个冷侧通道中的冷侧通道沿圆周方向分布在流动主体内。多个热侧通道中的每一个从中心通路沿径向方向延伸。多个热侧通道中的热侧通道沿圆周方向分布在流动主体内。端口主体被接纳在流动主体的中心通路内，使得流动主体能够相对于端口主体旋转。端口主体限定热侧端口和冷侧端口。热侧端口沿轴向方向与端口主体上的冷侧端口间隔开。热侧端口被定位成在垂直于轴向方向的平面中与多个热侧通道共面。冷侧端口被定位成在垂直于轴向方向的另一平面中与多个冷侧通道共面。热侧端口限定沿圆周方向的宽度。冷侧端口限定沿圆周方向的宽度。热侧端口的宽度小于冷侧端口的宽度。环形热量回热器与多个冷侧通道和多个热侧通道流体连通，使得传热流体能够通过多个冷侧通道流入环形热量回热器，并通过多个热侧通道流出环形热量回热器。
在第二示例实施例中，热量回热器系统包括流动主体，该流动主体限定多个冷侧通道、多个热侧通道和中心通路。多个冷侧通道沿着轴向方向与流动主体内的多个热侧通道间隔开。多个冷侧通道中的每一个从中心通路沿径向方向延伸。多个冷侧通道中的冷侧通道沿圆周方向分布在流动主体内。多个热侧通道中的每一个从中心通路沿径向方向延伸。多个热侧通道中的热侧通道沿圆周方向分布在流动主体内。端口主体被接纳在流动主体的中心通路内，使得流动主体能够相对于端口主体旋转。端口主体限定热侧端口和冷侧端口。热侧端口沿轴向方向与端口主体上的冷侧端口间隔开。热侧端口被定位成在垂直于轴向方向的平面中与多个热侧通道共面。冷侧端口被定位成在垂直于轴向方向的另一平面中与多个冷侧通道共面。热侧端口限定沿圆周方向的宽度。冷侧端口限定沿圆周方向的宽度。热侧端口的宽度小于冷侧端口的宽度。环形热量回热器与多个冷侧通道和多个热侧通道流体连通，使得传热流体能够通过多个冷侧通道流入环形热量回热器，并通过多个热侧通道流出环形热量回热器。热侧密封件围绕热侧端口延伸。热侧密封件在热侧端口处沿径向方向跨越端口主体和流动主体之间的间隙。冷侧密封件围绕冷侧端口延伸。冷侧密封件在冷侧端口处沿径向方向跨越端口主体和流动主体之间的间隙。泵能够操作来使传热流体流动。场发生器被配置成向环形热量回热器的一部分施加场。
参照下面的描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
参照附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整并且能够实现的公开，包含其最佳模式。
图1是根据本主题的示例实施例的冰箱器具的正视图。
图2是图1的示例冰箱器具的热泵系统的示意性图示。
图3是根据本主题的示例实施例的热量回热器系统的示意图。
图4至图6是图3的示例热量回热器系统的流动主体和端口主体的剖视图。
图7和图8是图3的示例热量回热器系统的端口主体的正视图。
图9是图3的示例热量回热器系统的环形热量回热器和场发生器的示意图。
图10是在图3的示例热量回热器系统操作期间，传热流体通过图9的环形热量回热器的区段的速度随时间变化的曲线图。
图11是根据本主题的另一示例实施例的环形热量回热器和一对场发生器的示意图。
图12是在相关联的热量回热器系统操作期间，传热流体通过图11的环形热量回热器的区段的速度随时间变化的曲线图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一或多个示例在附图中示出。每个示例是通过解释本发明的方式提供的，并不是对本发明的限制。实际上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变型。
本主题涉及一种用于对器具(诸如冰箱器具)进行加热或冷却的热式热泵系统，。虽然下面在磁热热泵系统的背景下进行了更详细的描述，但是使用本文的教导的本领域技术人员将认识到，可以以类似的方式使用其他合适的热材料来加热或冷却器具，即，施加场、移动热量、移除场、移动热量。例如，在增加和减少的电场内电热材料升温和降温。作为另一示例，当暴露于增加和减少的机械应变时，弹性热材料升温和降温。作为又另一示例，当暴露于增加和减少的压力下时，压力热材料会升温和降温。这种材料和其他类似的热材料可以用来代替或补充下文描述的磁热材料，以加热或冷却器具内的液体/水。因此，本文中广泛使用热材料来涵盖当暴露于来自场发生器的变化的场时经历加热或冷却的材料，其中场发生器可以是磁体、电场发生器、用于施加机械应力或压力的致动器等。
现在参考图1，冰箱器具10的示例实施例被描绘为具有箱体或外壳12的立式冰箱，该箱体或外壳限定多个内部储藏隔室或冷却室。具体地，冰箱器具10包括具有门16的上部新鲜食品隔室14和具有上部抽屉20和下部抽屉22的下部冷冻隔室18。抽屉20、22是“拉出式”抽屉，因为它们可以通过合适的滑动机构被手动移入和移出冷冻隔室18。
冰箱10仅作为示例提供。也可以使用冰箱器具的其他配置，包括具有仅冷冻隔室、仅冷却隔室或与图1所示不同的它们的其他组合的器具。此外，本发明的热泵和热泵系统不限于器具，并且也可以用于其他应用，诸如例如空调、电子冷却装置等。进一步地，应当理解的是，虽然本文中通过示例的方式提供了使用热泵在冰箱内提供冷却，但是本发明也可以用于提供加热应用。
图2是冰箱器具10的示意图。如图2所见，冰箱器具10包括冷藏隔室30和机械隔室40。机械隔室30包括热泵系统52，该热泵系统具有被定位在冷藏隔室30中用于从其中移除热量的第一热交换器32。在第一热交换器32内流动的传热流体(诸如例如水溶液)从冷藏隔室30接收热量，从而冷却冷藏隔室30的内容物。风扇38可以用于提供穿过第一热交换器32的空气流，以提高自冷藏隔室30的传热速率。
传热流体通过管线44流出第一热交换器32，到达热泵100。如本文将进一步描述的那样，传热流体从热泵100中的热材料接收附加热量，并通过管线48将这一热量传送到泵42，然后传送到第二热交换器34。通过使用第二热交换器34将热量释放到环境、机械隔室40和/或冷藏隔室30外部的其他位置。风扇36可用于形成穿过第二热交换器34的空气流，从而提高热传递到环境的速率。连接到管线48中的泵42使得传热流体在热泵系统52中再循环。如将进一步描述的那样，马达28与热泵100机械连通。
传热流体从第二热交换器34通过管线50返回到热泵100，如下文将进一步描述的那样，在该热泵中，传热流体散热到热泵100中的热材料。现在较冷的传热流体通过管线46流到第一热交换器32，以从冷藏隔室30接收热量，并重复刚刚描述的循环。
热泵系统52仅作为示例提供。也可以使用热泵系统52的其他配置。例如，管线44、46、48和50提供了热泵系统52的各个部件之间的流体连通，但是也可以采用具有不同管线和连接件的其他传热流体再循环回路。例如，泵42也可以被定位在系统52中的其他位置或其他管线上。也可以使用热泵系统52的另外其他配置。例如，热泵系统52可以被配置成使得热泵100中的热材料直接冷却流过冷藏隔室30的空气，并直接加热冷藏隔室30外部的空气。因此，在某些示例实施例中，系统52不需要包括液体工作流体。
图3是根据本主题的示例实施例的热量回热器系统200的示意图。例如，热量回热器系统200可以在系统52中用作热泵100，使得系统52是热式热泵系统。在替代性的示例实施例中，热量回热器系统200可以用于任何其他合适的热泵系统。如下文更详细讨论的那样，热量回热器系统200包括用于调节通过热材料的流体流的特征，例如，使得通过热材料的流体流在热材料在场外时具有较小的速度，并且在热材料在场中时具有较大的速度。
图4至图6是热量回热器系统200的某些部件的剖视图。参照图3至图6，热量回热器系统200包括流动主体210和端口主体220。流动主体210限定多个冷侧通道212、多个热侧通道214和中心通路216。端口主体220在流动主体210的中心通路216处被接纳在流动主体210内。流动主体210能够相对于中心通路216中的端口主体220旋转。例如，流动主体210能够在端口主体220上旋转。特别地，马达23可以联接到流动主体210，并且端口主体220可以固定到静止结构，诸如器具箱体。在马达23的操作期间，马达23可以相对于端口主体220旋转流动主体210。
泵43能够操作以使传热流体流过冷侧通道212和热侧通道214。流动主体210和端口主体220协作以共同形成不均匀流量阀，该不均匀流量阀调节通过冷侧通道212和热侧通道214的传热流体的流动。热量回热器系统200的操作和热量回热器系统200的操作期间热量回热器系统200内的传热流体的流动将在下面更详细地讨论。
冷侧通道212例如沿着轴向方向A与流动主体210内的热侧通道214间隔开。因此，例如，流过冷侧通道212的传热流体可以与流过热侧通道214的传热流体分开。然而，流动主体210也可以限定多个连接通道217。每个连接通道217可以在相应的一对热侧通道212和冷侧通道214之间延伸，例如沿着轴向方向A延伸，以允许流体流从热侧通道212和冷侧通道214两者流到凹部218，如下面更详细讨论的那样。每个冷侧通道212也沿径向方向R从中心通路216延伸。此外，冷侧通道212沿着圆周方向C例如均匀地分布在流动主体210内。如从上文可见，冷侧通道212可以在流动主体210内以径向阵列分布。
像冷侧通道212一样，每个热侧通道214从中心通路216沿着径向方向R延伸。然而，如上所述，热侧通道214可以被定位在如图5和图6所示的流动主体210的分离的轴向横截面。热侧通道214也沿着圆周方向C例如均匀地分布在流动主体210内。因此，热侧通道214可以在流动主体210内以径向阵列分布。
在图5和图6示出的示例实施例中，流动主体210限定十个冷侧通道212和十个热侧通道214。应当理解的是，在替代示例实施例中，流动主体210可以包括更多或更少的冷侧通道212和/或热侧通道214。例如，在某些示例实施例中，流动主体210可以包括不少于七个冷侧通道212和不少于七个热侧通道214。冷侧通道212的数量可以等于或不等于热侧通道214的数量。
图7和图8是端口主体220的正视图。参照图3至图8，端口主体220限定冷侧端口222和热侧端口224。热侧端口224与端口主体220上的冷侧端口222间隔开，例如沿轴向方向A和/或圆周方向C间隔开。此外，冷侧端口222可以被定位成与冷侧通道212共面，例如，在垂直于轴向方向A的第一平面中共面。相反地，热侧端口224可以被定位成与热侧通道214共面，例如，在垂直于轴向方向A的第二平面中共面。第一平面可以沿着轴向方向A与第二平面间隔开。
端口主体220可以被接纳在流动主体210的中心通路216内，使得冷侧端口222与冷侧通道212中的一个或多个对齐并流体连通，并且热侧端口224与一个或多个热侧通道214对齐并流体连通。特别地，在流动主体210相对于端口主体220时，冷侧端口222可以与冷侧通道212的不同子集对齐并流体连通，并且热侧端口224可以与热侧通道214的不同子集对齐并流体连通。在图5和图6所示的示例中，冷侧端口222在流动主体210相对于端口主体220的任何特定旋转位置处与冷侧通道212中的六个对齐并流体连通，并且热侧端口224在流动主体210相对于端口主体220的任何特定旋转位置处与热侧通道214中的一个对齐并流体连通。在替代性示例实施例中，连接的具体数量可以变化。
热量回热器系统200还可以包括密封件226和/或密封件228。每个密封件226围绕冷侧端口222和热侧端口224中相应的一个延伸。此外，每个密封件226可以沿着径向方向R在流动主体210和端口主体220之间延伸。因此，密封件226可以限制流动主体210和端口主体220之间的界面处的流体流。密封件228可以例如沿着圆周方向C围绕端口主体220延伸，并且也可以沿着径向方向R在流动主体210和端口主体220之间延伸。此外，密封件228可以围绕冷侧端口222和热侧端口224彼此相对定位。密封件228还有助于限制流动主体210和端口主体220之间的界面处的流体流。端口主体220的外径也可以被选择成与流动主体210的中心通路216的直径互补，以便限制流动主体210和端口主体220之间的界面处的流体流。因此，利用密封件226、密封件228和/或利用端口主体220相对于中心通路216的适当尺寸，可以减少热量回热器系统200内的传热流体的热损失和短路。
密封件226和/或密封件228可以由合适的材料构成或利用合适的材料构成。例如，每个密封件226和/或密封件228可以包括弹性体、聚四氟乙烯和聚氨酯中的一种或多种。作为特定示例，每个密封件226和/或密封件228可以包括被定位在端口主体220上的弹性体环，该弹性体环沿着径向方向R推动聚四氟乙烯或聚氨酯环抵靠流动主体210。因此，弹性体可以充当弹簧，沿着径向方向R朝向流动主体210向聚四氟乙烯或聚氨酯环施加一致的密封压力。聚四氟乙烯或聚氨酯环可以接触流动主体210，但是与诸如弹性体的其他材料相比具有相对低的摩擦，因此限制了密封件对流动主体210相对于端口主体220的旋转的干扰。
现在转到图7和图8，冷侧端口222例如沿着圆周方向C限定宽度WC。热侧端口224也例如沿着圆周方向C限定宽度WH。热侧端口224的宽度WH小于冷侧端口222的宽度WC。作为示例，热侧端口224的宽度WH可以不大于冷侧端口222的宽度WC的一半。作为另一示例，热侧端口224的宽度WH可以不大于冷侧端口222的宽度WC的四分之一。热侧端口224的宽度WH相对于冷侧端口222的宽度WC的这种尺寸可以有利地允许传热流体在热材料在场外时比热材料在场中时更慢地流过热材料，如下文更详细描述的那样。
图9是热量回热器系统200的环形热量回热器240和场发生器250的示意图。环形热量回热器240可以被接纳在由流动主体210限定的凹部218(图4)内。凹部218和环形热量回热器240可以用流体210的覆盖件211封闭。因此，例如，环形热量回热器240可以在马达23的操作期间随着流动主体210旋转。相反，场发生器250可以例如相对于端口主体220固定，使得场发生器250在马达23的操作期间不随流动主体210旋转。
场发生器250被配置成生成与环形热量回热器240中的热材料反应的场。因此，例如，来自场发生器250的场可以在环形热量回热器240中的热材料内产生相变，这导致环形热量回热器240中的热材料的温度变化。在某些示例实施例中，场发生器250可以是磁体，并且环形热量回热器240可以包括磁热材料。
环形热量回热器240中的热材料可以由单个热材料构成，或者可以包括多种不同的热材料。作为示例，器具10可以用于环境温度在相当大的范围内变化的应用中。然而，特定的热材料可能仅在窄得多的温度范围内表现出热效应。由此，可能期望的是在环形热量回热器240的给定部分内使用多种热材料，以适应器具10和/或热量回热器系统200可以使用的宽范围的环境温度。
场发生器250的尺寸被确定成使得只有环形热量回热器240的一部分被定位在场发生器250的场内，该部分在图9中用虚线示出。随着流动主体210旋转，环形热量回热器240的具有场发生器250的场的部分改变。例如，马达23可以沿着圆周方向C连续旋转环形热量回热器240，例如使得整个环形热量回热器240在马达23的操作期间循环通过场发生器250的场。
环形热量回热器240的被定位在场发生器250的场内的部分可以小于环形热量回热器240的被定位在场发生器250的场外的部分。例如，环形热量回热器240和场发生器250的尺寸可以被确定成使得环形热量回热器240的被定位在场发生器250的场内的部分不大于环形热量回热器240的被定位在场发生器250的场外的部分的一半、不大于四分之一、不大于三分之一等。如下文更详细描述的那样，这种尺寸可以促进热量回热器系统200的有效操作。
当场发生器250是磁体并且环形热量回热器240包括磁热材料时，环形热量回热器240中的磁热材料可以移入来自磁体的磁场和从来自磁体的磁场移出。环形热量回热器240的磁热材料移动到来自磁体的磁场中可以导致磁热材料的磁矩定向，并且作为磁热效应的一部分导致磁热材料加热(或者替代性地冷却)。相反地，环形热量回热器240的磁热材料从来自磁体的磁场中移出可能导致磁热材料的磁矩定向混乱，并且作为磁热效应的一部分导致磁热材料冷却(或者替代性地加热)。“在磁场外”意味着磁热材料大体上或基本上不受来自磁体的磁场的影响。因此，磁热材料可能不像在磁场中那样主动加热(或冷却)(并且替代地由于磁场的这种移除而可能主动或被动冷却(或加热))。“在磁场中”意味着磁热材料大体上或基本上受到来自磁体的磁场的影响。因此，磁热材料可能不像在磁场外那样主动冷却(或加热)(并且替代地由于磁热材料对磁场的反应而可能主动或被动加热(或冷却))。
环形热量回热器240与冷侧通道212和热侧通道214流体连通。因此，传热流体能够例如通过冷侧通道212流入环形热量回热器240，并例如通过热侧通道214从环形热量回热器240流出。传热流体可以向环形热量回热器240中的热材料排出热量或从其接收热量。
图10是在热量回热器系统200的操作期间通过环形热量回热器240的区段或部分的传热流体的速度随时间变化的曲线图。参照图3、图9和图10，在马达23的操作期间，环形热量回热器240中的热材料的该部分旋转进入和离开来自磁场发生器250的场。在如图10所示的这种旋转期间，泵42还操作以使传热流体流过环形热量回热器240中的热材料的该部分。在马达28的操作期间，泵42可以连续地使传热流体流动。因此，泵42可以是稳流泵。在替代性示例实施例中，泵42可以是正排量泵。
当环形热量回热器240中的热材料的该部分完全在来自场发生器250的场内时，由于热材料内的相变，作为热效应的一部分，热材料可能加热。进而，当环形热量回热器240中的热材料的该部分在来自场发生器250的场内时，传热流体可以被热材料加热。如图3中的箭头QH-OUT所示，被热材料加热的传热流体可以沿着管线48从热量回热器系统200行进离开，到达第二热交换器34。同时并且如箭头QH-IN所示，来自第一热交换器32的传热流体从管线44流入热量回热器系统200中。因为来自第一热交换器32的传热流体比热材料相对更冷，热材料将热量排出给传热流体。
当在来自场发生器250的场内时，流过环形热量回热器240中的热材料的该部分的传热流体具有相对高的速度。如此高的速度可能是由上文描述的热侧端口224的宽度WH的尺寸造成的。例如，因为热侧端口224的宽度WH仅允许与热侧通道214中的一个流体连通，所以流过环形热量回热器240中的热材料的该部分的传热流体可能由于由这种尺寸产生的限制而被迫具有相对高的速度。
当环形热量回热器240中的热材料的该部分完全在来自场发生器250的场外时，由于热材料内的相变，作为热效应的一部分，热材料可能冷却。进而，当环形热量回热器240中的热材料的该部分在来自场发生器250的场外部时，传热流体可以被热材料冷却。如图3中的箭头QC-OUT所示，被热材料冷却的传热流体可以沿着管线46从热量回热器系统200行进离开，到达第一热交换器32。同时并且如箭头QC-IN所示，来自第二热交换器34的传热流体从管线50流入热量回热器系统200中。因为来自第二热交换器34的传热流体比热材料相对更热，所以传热流体将热量排出给热材料。
当在来自场发生器250的场外部时，流过环形热量回热器240中的热材料的该部分的传热流体具有相对低的速度。这种低速度可能是由上文描述的冷侧端口222的宽度WC的尺寸造成的。例如，因为冷侧端口222的宽度WC允许与多个冷侧通道212流体连通(例如，比热侧端口224的宽度WH所允许流体连通的热侧通道214更多的冷侧通道212)，流过环形热量回热器240中的热材料的该部分的传热流体由于由这种尺寸产生的较小限制可以被允许具有相对较低的速度。
图11是环形热量回热器240和一对场发生器250的示意图。图12是传热流体通过图11的环形热量回热器240的区段的速度随时间变化的曲线图。如图11所见，在某些示例性实施例中，热量回热器系统200可以包括多个场发生器250。在图11中，一个场发生器250被定位为围绕环形热量回热器240与另一个场发生器250相对。因此，如图12所示，流过环形热量回热器240中的热材料的该部分的传热流体的速度具有对应于环形热量回热器240中的热材料的该部分处于每个场发生器250的场内的时间的两个峰值。应当理解的是，在替代性示例实施例中，场发生器250的定位可以改变。例如，场发生器250可以在环形热量回热器240上彼此相邻定位。此外，在替代性示例实施例中，热量回热器系统200可以包括一个或多个附加场发生器250。
如从上文可见，热量回热器系统200可以包括不均匀流量阀，该不均匀流量阀被配置成朝向热材料的热侧提供相对短且快的传热流体流，并且朝向热材料的冷侧提供相对长且慢的传热流体流。然而，传热流体在两个方向上的总排量相同。不均匀流量阀可以被配置成提供任何合适的速度分布，例如，只要传热流体的平均速度朝向冷侧较低。不均匀流量阀还可以被配置成在流向热侧和冷侧的流动时段之间提供零速度部分。因此，在热材料从场中移位到场外时，传热流体可以在热材料内静止。不均匀流量阀可以包括在热材料的任一端上的滑动密封阀。不均匀流阀的静态部件上的端口可以与具有热材料的旋转部件的不同区段对齐，以引导流动。
以这种方式，成本有效的磁热量回热器系统可以具有流动轮廓不均匀的相对较小的磁化回热器部分(并且因此具有相对较大的消磁部分)。粘性耗散总体上可以降低，并且冷侧上的粘性耗散可能降低最多。这是性能的关键损失区域，因为所生成的热量必须由泵提供并直接从磁热量回热器的冷却能力中扣除，即对效率的双重影响。
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其他示例包括与权利要求的文字语言没有不同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质性差异的等效结构元素，则它们旨在处于权利要求的范围内。
Claims (18)
1.一种热量回热器系统，包括：
流动主体，所述流动主体限定多个冷侧通道、多个热侧通道和中心通路，所述多个冷侧通道沿着轴向方向与所述流动主体内的所述多个热侧通道间隔开，所述多个冷侧通道中的每一个沿着径向方向从所述中心通路延伸，所述多个冷侧通道中的所述冷侧通道沿着圆周方向分布在所述流动主体内，所述多个热侧通道中的每一个沿着所述径向方向从所述中心通路延伸，所述多个热侧通道中的所述热侧通道沿所述圆周方向分布在所述流动主体内；
端口主体，所述端口主体被接纳在所述流动主体的所述中心通路内，使得所述流动主体能够相对于所述端口主体旋转，所述端口主体限定热侧端口和冷侧端口，所述热侧端口沿着所述轴向方向与所述端口主体上的所述冷侧端口间隔开，所述热侧端口被定位成在垂直于所述轴向方向的平面中与所述多个热侧通道共面，所述冷侧端口被定位成在垂直于所述轴向方向的另一平面中与所述多个冷侧通道共面，所述热侧端口限定沿着所述圆周方向的宽度，所述冷侧端口限定沿着所述圆周方向的宽度，所述热侧端口的所述宽度小于所述冷侧端口的所述宽度；以及
环形热量回热器，所述环形热量回热器与所述多个冷侧通道和所述多个热侧通道流体连通，使得传热流体能够通过所述多个冷侧通道流入所述环形热量回热器，并通过所述多个热侧通道流出所述环形热量回热器；
其中所述热侧端口的所述宽度被选择成使得所述热侧端口与所述多个热侧通道中的一定数量的热侧通道流体连通，所述冷侧端口的所述宽度被选择成使得所述冷侧端口与所述多个冷侧通道中的一定数量的冷侧通道流体连通，所述热侧通道的该数量小于所述冷侧通道的该数量。
2.根据权利要求1所述的热量回热器系统，进一步包括热侧密封件和冷侧密封件，所述热侧密封件围绕所述热侧端口延伸，所述热侧密封件在所述热侧端口处沿着所述径向方向跨越所述端口主体和所述流动主体之间的间隙，所述冷侧密封件围绕所述冷侧端口延伸，所述冷侧密封件在所述冷侧端口处沿着所述径向方向跨越所述端口主体和所述流动主体之间的间隙。
3.根据权利要求2所述的热量回热器系统，其中所述热侧密封件、所述冷侧密封件或两者包括弹性体、聚四氟乙烯或聚氨酯中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的热量回热器系统，其中所述热侧密封件、所述冷侧密封件或两者包括被定位在所述端口主体上的弹性体环，所述弹性体环沿着所述径向方向推动聚四氟乙烯或聚氨酯环抵靠所述流动主体。
5.根据权利要求1所述的热量回热器系统，进一步包括能够操作来使所述传热流体流动的泵。
6.根据权利要求5所述的热量回热器系统，进一步包括场发生器，所述场发生器被配置成向所述环形热量回热器的一部分施加场。
7.根据权利要求6所述的热量回热器系统，其中所述场发生器被定位成使得所述环形热量回热器的第一部分在所述场内并且所述环形热量回热器的第二部分在所述场外，所述环形热量回热器的所述第一和第二部分各自具有沿所述圆周方向的相应宽度，所述环形热量回热器的所述第二部分的宽度大于所述环形热量回热器的所述第一部分的宽度。
8.根据权利要求7所述的热量回热器系统，其中所述热侧和冷侧端口的所述宽度被选择成使得在所述泵的操作期间，所述环形热量回热器的所述第一部分中的所述传热流体具有比所述环形热量回热器的所述第二部分中的所述传热流体更高的速度。
9.根据权利要求1所述的热量回热器系统，其中所述多个冷侧通道包括不少于七个冷侧通道，并且所述多个热侧通道包括不少于七个热侧通道。
10.根据权利要求1所述的热量回热器系统，其中所述多个冷侧通道中的冷侧通道的数量等于所述多个热侧通道中的热侧通道的数量。
11.根据权利要求1所述的热量回热器系统，其中所述流动主体限定多个连接通道，所述多个连接通道中的每一个连接通道在相应一对热侧通道和冷侧通道之间延伸。
12.一种热量回热器系统，包括：
流动主体，所述流动主体限定多个冷侧通道、多个热侧通道和中心通路，所述多个冷侧通道沿着轴向方向与所述流动主体内的所述多个热侧通道间隔开，所述多个冷侧通道中的每一个沿着径向方向从所述中心通路延伸，所述多个冷侧通道中的所述冷侧通道沿着圆周方向分布在所述流动主体内，所述多个热侧通道中的每一个沿着所述径向方向从所述中心通路延伸，所述多个热侧通道中的所述热侧通道沿所述圆周方向分布在所述流动主体内；
端口主体，所述端口主体被接纳在所述流动主体的所述中心通路内，使得所述流动主体能够相对于所述端口主体旋转，所述端口主体限定热侧端口和冷侧端口，所述热侧端口沿着所述轴向方向与所述端口主体上的所述冷侧端口间隔开，所述热侧端口被定位成在垂直于所述轴向方向的平面中与所述多个热侧通道共面，所述冷侧端口被定位成在垂直于所述轴向方向的另一平面中与所述多个冷侧通道共面，所述热侧端口限定沿着所述圆周方向的宽度，所述冷侧端口限定沿着所述圆周方向的宽度，所述热侧端口的所述宽度小于所述冷侧端口的所述宽度；
环形热量回热器，所述环形热量回热器与所述多个冷侧通道和所述多个热侧通道流体连通，使得传热流体能够通过所述多个冷侧通道流入所述环形热量回热器，并通过所述多个热侧通道流出所述环形热量回热器；
热侧密封件，所述热侧密封件围绕所述热侧端口延伸，所述热侧密封件在所述热侧端口处沿着所述径向方向跨越所述端口主体和所述流动主体之间的间隙；
冷侧密封件，所述冷侧密封件围绕所述冷侧端口延伸，所述冷侧密封件在所述冷侧端口处沿着所述径向方向跨越所述端口主体和所述流动主体之间的间隙；
泵，所述泵能够操作以使所述传热流体流动；以及
场发生器，所述场发生器被配置成向所述环形热量回热器的一部分施加场；
其中所述热侧端口的所述宽度被选择成使得所述热侧端口与所述多个热侧通道中的一定数量的热侧通道流体连通，所述冷侧端口的所述宽度被选择成使得所述冷侧端口与所述多个冷侧通道中的一定数量的冷侧通道流体连通，所述热侧通道的该数量小于所述冷侧通道的该数量。
13.根据权利要求12所述的热量回热器系统，其中所述热侧密封件、所述冷侧密封件或两者包括弹性体、聚四氟乙烯或聚氨酯中的一种或多种。
14.根据权利要求13所述的热量回热器系统，其中所述热侧密封件、所述冷侧密封件或两者包括被定位在所述端口主体上的弹性体环，所述弹性体环沿着所述径向方向推动聚四氟乙烯或聚氨酯环抵靠所述流动主体。
15.根据权利要求12所述的热量回热器系统，其中所述场发生器被定位成使得所述环形热量回热器的第一部分在所述场内，并且所述环形热量回热器的第二部分在所述场外，所述环形热量回热器的所述第一和第二部分各自具有沿所述圆周方向的相应宽度，所述环形热量回热器的所述第二部分的所述宽度大于所述环形热量回热器的所述第一部分的所述宽度。
16.根据权利要求15所述的热量回热器系统，其中所述热侧和冷侧端口的所述宽度被选择成使得在所述泵的操作期间，所述环形热量回热器的所述第一部分中的所述传热流体具有比所述环形热量回热器的所述第二部分中的所述传热流体更高的速度。
17.根据权利要求12所述的热量回热器系统，其中所述多个冷侧通道包括不少于七个冷侧通道，并且所述多个热侧通道包括不少于七个热侧通道。
18.根据权利要求12所述的热量回热器系统，其中所述多个冷侧通道中的冷侧通道的数量等于所述多个热侧通道中的热侧通道的数量。
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