磁冷却系统的单向流模式的用途技术方案

双模式磁冷藏装置包括磁热材料床、施加时变磁场至床的磁体、传热流体(HTF)、使HTF循环的泵、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)、引导HTF流动的阀，和配置为控制阀周期切换以使装置在第一模式和第二模式下操作的控制器。第一模式将热从CHEX传递至HHEX。在第二操作模式下，暂停阀的周期切换，以使得HTF单向流过HHEX、床和CHEX，使得热从HHEX传递至CHEX。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2012年12月17日提交的美国临时申请号61/738,230的优先权，其全部内容通过引用并入本文。背景现代室温磁冷藏(MR)系统可采用主动式磁再生器(AMR)循环进行冷却。AMR循环的早期实施可见美国专利号4,332,135，其全部内容通过引用并入本文。AMR循环具有四个阶段，如图1a至1d中示意性显示。图1a至1d中的MR系统包括磁热材料(MCM)的多孔床190和传热流体，随着所述传热流体流过MCM床190其与MCM换热。在图1a至1d中，床的左侧是冷侧，而热侧在右边。在可选的实施方式中，可颠倒热和冷侧。流体流动的定时和方向(热-至-冷或冷-至-热)可与磁场的施加和移除相互配合。可通过永磁体、电磁体或超导磁体提供磁场。在AMR循环的示意性例子图1a中，发生循环的第一阶段“磁化”。当MCM床190中的流体停滞时，磁场192施加至MCM床190，使其发热。在图1a中所显示的磁化阶段中，显示的四个阀都是关闭的，防止流体流过MCM床190。四个阀包括冷入口阀182、冷出口阀184、热出口阀186和热入口阀188。在图1b中，发生循环的第二阶段“冷-至-热-流动”。保持MCM床190上方的磁场192，并且温度TCi(冷入口温度)的流体从冷侧至热侧泵送通过MCM床190。在该阶段期间，冷入口阀182和热出口阀186打开，以利于流体移动通过MCM床190。在该阶段期间，冷出口阀184和热入口阀188关闭。流体从MCM床190的每个部分移除热，随着其通过MCM床190的下一部分，冷却MCM床190和温热流体，其中该过程在更高的温度下继续。流体最终达到温度THo(热出口温度)，其中其通过热出口阀186离开MCM床190。典型地，该流体循环通过热侧热交换器(HHEX)194，其中其将热排出至周围环境。在图1c中，第三阶段，发生“去磁”。当关闭冷入口阀182和热出口阀186并且去除磁场192时，流体流动停止。在该阶段期间也关闭冷出口阀184和热入口阀188。这使得MCM床190进一步冷却。在图1d中，发生循环的最后阶段，“热-至-冷-流动”。这里，温度THi(热入口温度)下的流体在继续缺少磁场192的情况下从热侧至冷侧泵送通过MCM床190。在该阶段中，打开冷出口阀184和热入口阀188，而关闭冷入口阀182和热出口阀186。随着流体经过MCM床190的下一部分，流体为MCM床190的每个部分加热，温热MCM床190和冷却流体，其中在更低温度下进行该过程。流体最终达到温度TCo(冷出口温度)，其是在该循环中流体达到的最冷温度。典型地，该更冷的流体循环通过冷侧热交换器(CHEX)196，其中其从冷藏系统摄取热，使得该系统维持其冷的温度。K.L.Engelbrecht，G.F Nellis，S.A Klein,和C.B.Zimm，室温主动式磁再生冷藏的最新进展(Recent Developments in Room Temperature Active Magnetic Regenerative Refrigeration)，HVAC&R Research，13(2007)pp.525-542(下文“Engelbrecht等”)中叙述了AMR循环的主要优势，其全部内容通过引用并入本文。优势是跨度(耗热时的温度减吸热时的温度)可远大于当施加磁场时磁热材料的温度改变的绝对值(绝热温度改变，δ-Tad)。完全执行AMR循环的四个阶段需要的时间称为循环时间，并且其倒数称为循环频率。MR系统的“温度跨度”定义为THi–TCi，其是入口流体温度的差。AMR循环与蒸汽压缩循环类似，其中气体压缩(其使得气体变热)在磁化中起作用，并且其中气体的自由膨胀(其使气体温度下降)在去磁中起作用。在蒸汽压缩循环中，传热流体改变CHEX和HHEX中的相，有助于传热。在AMR循环的CHEX和HHEX中不需要这样的相变，而是可使用具有高单相传热系数的流体，比如水。尽管图1a至1d阐释了单床MR系统的操作，但是在可选的实施方式中，在单个系统中可结合每个经历相同AMR循环的多个床，以增加冷却能力，减小系统尺寸，或以其他方式改善AMR循环的实施。
技术实现思路
双模式磁冷藏装置包括一个或多个磁热材料床、施加时变磁场至一个或多个磁热材料床的磁体、传热流体、使传热流体循环的泵、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)、引导传热流体流动的一个或多个阀，和配置为控制一个或多个阀的周期切换以使装置在第一模式和第二模式下操作的控制器。在第一模式下，当施加至一个或多个床的时变磁场高时，一个或多个阀引导传热流体至一个或多个床的冷端通过一个或多个床至一个或多个床的热端和通过HHEX，和当施加至一个或多个床的时变磁场低时，至一个或多个床的热端通过一个或多个床至一个或多个床的冷端和通过CHEX，以便将热从CHEX传递至HHEX。在第二操作模式下，暂停一个或多个阀的周期切换，以使得传热流体单向流过HHEX、一个或多个床和CHEX，使得热从HHEX传递至CHEX。双模式磁冷藏装置包括一个或多个磁热材料床、施加时变磁场至一个或多个磁热材料床的磁体、传热流体、使传热流体循环的泵、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)、引导传热流体流动的一个或多个阀，和配置为控制一个或多个阀的周期切换以使装置在第一模式和第二模式下操作的控制器。在第一模式下，当施加至一个或多个床的时变磁场高时，一个或多个阀引导传热流体至一个或多个床的冷端通过一个或多个床至一个或多个床的热端和通过HHEX，和当施加至一个或多个床的时变磁场低时，至一个或多个床的热端通过一个或多个床至一个或多个床的冷端和通过CHEX，以便当HHEX的环境处在与CHEX的环境类似的温度或更高的温度时，将热从CHEX传递至HHEX。在第二操作模式下，暂停一个或多个阀的周期切换，以使得传热流体单向流过HHEX、一个或多个床和CHEX，使得当HHEX的环境处在比CHEX的环境更低的温度时，将热从CHEX传递至HHEX。具有旁路的双模式磁冷藏装置包括一个或多个磁热材料床、施加时变磁场至一个或多个磁热材料床的磁体、传热流体、使传热流体循环的泵、热侧热交换器(HHEX)、冷侧热交换器(CHEX)、引导传热流体流动的一个或多个阀、配置为控制一个或多个阀的周期切换以使装置在第一模式和第二模式下操作的控制器。在第一模式下，当施本文档来自技高网...

【技术保护点】
双模式磁冷藏装置，其包括：一个或多个磁热材料床；施加时变磁场至所述一个或多个磁热材料床的磁体；传热流体；使所述传热流体循环的泵；热侧热交换器(HHEX)；冷侧热交换器(CHEX)；引导所述传热流体流动的一个或多个阀；和配置为控制所述一个或多个阀的周期切换以使所述装置在第一模式和第二模式下操作的控制器，其中在第一模式下，当施加至所述一个或多个床的时变磁场高时，所述一个或多个阀引导所述传热流体至所述一个或多个床的冷端通过所述一个或多个床至所述一个或多个床的热端和通过HHEX，和当施加至所述一个或多个床的时变磁场低时，至所述一个或多个床的热端通过所述一个或多个床至所述一个或多个床的冷端和通过CHEX，以便将热从所述CHEX传递至所述HHEX；和其中在第二操作模式下，暂停所述一个或多个阀的周期切换，以使得所述传热流体单向流过所述HHEX、所述一个或多个床和所述CHEX，使得热从所述HHEX传递至所述CHEX。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.17 US 61/738,2301.双模式磁冷藏装置，其包括：
一个或多个磁热材料床；
施加时变磁场至所述一个或多个磁热材料床的磁体；
传热流体；
使所述传热流体循环的泵；
热侧热交换器(HHEX)；
冷侧热交换器(CHEX)；
引导所述传热流体流动的一个或多个阀；和
配置为控制所述一个或多个阀的周期切换以使所述装置在第一模
式和第二模式下操作的控制器，其中在第一模式下，当施加至所述一
个或多个床的时变磁场高时，所述一个或多个阀引导所述传热流体至
所述一个或多个床的冷端通过所述一个或多个床至所述一个或多个床
的热端和通过HHEX，和当施加至所述一个或多个床的时变磁场低时，
至所述一个或多个床的热端通过所述一个或多个床至所述一个或多个
床的冷端和通过CHEX，以便将热从所述CHEX传递至所述HHEX；
和
其中在第二操作模式下，暂停所述一个或多个阀的周期切换，以
使得所述传热流体单向流过所述HHEX、所述一个或多个床和所述
CHEX，使得热从所述HHEX传递至所述CHEX。
2.权利要求1所述的装置，其中所述时变磁场的循环时间在第二
模式下比在第一模式下更长。
3.权利要求1所述的装置，其中施加至所述一个或多个床的所述
时变磁场在所述第二模式期间暂停。
4.权利要求1所述的装置，其中在所述第二模式期间，所述CHEX
的温度为0摄氏度或更高。
5.权利要求1所述的装置，其中在所述第一模式期间，所述CHEX
的温度为0摄氏度或更低。
6.权利要求1所述的装置，进一步包括配置为引导空气经过所述
CHEX的风扇。
7.权利要求6所述的装置，其中所述控制器配置为控制所述风扇
在所述第一模式期间引导空气经过所述CHEX。
8.权利要求6所述的装置，其中所述控制器配置为控制所述风扇
在所述第二模式期间不引导空气经过所述CHEX。
9.权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个阀是电控制阀。
10.权利要求1所述的装置，其中所述磁体配置为相对于所述一个
或多个床移动，以实现所述时变磁场。
11.权利要求10所述的装置，其中所述控制器配置为暂停所述磁
体相对于所述一个或多个床的移动，以实现所述第二模式。
12.权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个床配置为相对于
所述磁体移动，以实现所述时变磁场。
13.权利要求12所述的装置，其中所述控制器配置为暂停所述一
个或多个床相对于所述磁体的移动，以实现所述第二模式。
14.权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置为控制所述装置
相对于所述第一模式的操作以所述第二模式操作一定时间量。
15.权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置为当所述CHEX
达到具体的温度时控制所述装置以所述第二模式操作。
16.权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置为当所述CHEX
在具体的温度持续具体的时间段时控制所述装置以所述第二模式操
作。
17.权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置为当被所述
CHEX冷却的隔间处于具体的温度时，控制所述装置以所述第二模式
操作。
18.权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置为当被所述
CHEX冷却的隔间处于具体的温度时，控制所述装置以所述第一模式
操作。
19.权利要求1所述的装置，其中控制器配置为引导来自由所述
CHEX冷却的第一隔间的冷空气进入第二隔间，其中第一隔间由所述
控制器保持在低于0摄氏度的温度和第二隔间由所述控制器保持在高
于0摄氏度的温度。
20.双模式磁冷藏装置，其包括：
一个或多个磁热材料床；
施加时变磁场至所述一个或多个磁热材料床的磁体；
传热流体；
使所述传热流体循环的泵；
热侧热交换器(HHEX)；
冷侧热交换器(CHEX)；
引导所述传热流体流动的一个或多个阀；和
配置为控制一个或多个阀的周期切换以使所述装置在第一模式和
第二模式下操作的控制器，其中在第一模式下，当施加至所述一个或
多个床的时变磁场高时，所述一个或多个阀引导所述传热流体至所述
一个或多个床的冷端通过所述一个或多个床至所述一个或多个床的热
端和通过HHEX，和当施加至所述一个或多个床的时变磁场低时，至
所述一个或多个床的热端通过所述一个或多个床至所述一个或多个床
的冷端和通过CHEX，以便当HHEX的环境处在与CHEX的环境类似
的温度或更高的温度时，将热从CHEX传递至HHEX；和
其中在第二操作模式下，暂停所述一个或多个阀的周期切换，以
使得所述传热流体单向流过所述HHEX、所述一个或多个床和所述
CHEX，使得当HHEX的环境处在比CHEX的环境更低的温度时，将
热从CHEX传递至HHEX。
21.权利要求20所述的装置，其中时变磁场的循环时间在第二模
式下比在第一模式下更长。
22.权利要求20所述的装置，其中施加至所述一个或多个床的时
变磁场在所述第二模式期间暂停。
23.权利要求20所述的装置，其中所述一个或多个阀是电控制阀。
24.权利要求20所述的装置，其中所述磁体配置为相对于所述一
个或多个床移动，以实现所述时变磁场。
25.权利要求24所述的装置，其中所述控制器配置为暂停所述磁
体相对于所述一个或多个床的移动，以实现所述第二模式。
26.权利要求20所述的装置，其中所述一个或多个床配置为相对
于所述磁体移动，以实现所述时变磁场。
27.权利要求26所述的装置，其中所述控制器配置为暂停所述一

\t个或多个床相对于所述磁体的移动，以实现所述第二模式。
28.具有旁路的双模式磁冷藏装置，其包括：
一个或多个磁热材料床；
施加时变磁场至所述一个或多个磁热材料床的磁体；
传热流体；

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·B·齐姆，史蒂文·L·鲁塞克，安德烈·伯德尔，
申请(专利权)人：美国宇航公司，
类型：发明
国别省市：美国;US