制冷设备和制冷方法技术

本发明专利技术提供了一种制冷设备，包括：磁场源；磁热床，布置磁场源和磁热床的一个以实质上围绕另一个，磁热床被布置用于关于磁场源相对旋转，使得在所述相对旋转过程中由磁热床的部件经历的磁场变化；在磁热床内形成的多个路径，用于在相对旋转过程中工作流在磁热床和永磁铁之间的流动；以及流分配器，放置在磁热床的每一端，用于控制在操作周期中能够接收工作流的磁热床的部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
在制冷机中使用磁热材料是公知的。实际上，在我们的未决专利申请No. PCT/ EP2005/013654中详细描述了制造在制冷机中使用的磁热元件的适宜方法。在磁制冷机中， 使用了所谓的活性磁再生(active magnetic regeneration,AMR)周期，在该周期内通过磁 热材料制成的活性再生器对工作液或制冷剂进行重复加热和冷却。活性再生器被暴露以改变磁场，该磁场使得活性再生器与任意时刻施加的场强相 关联地加热和冷却。该工作液热连接至活性再生器并且通过使用热侧和冷侧热交换器，可 以进行制冷。为了充分利用磁热效应，需要使用高磁场，例如高于0.5特斯拉。此外，AMR周期 的频率必须足够高以具有显著的制冷功率，例如频率约为1Hz。磁场源通常是AMR设备中最 贵的元件，并且为了确保磁场源的最优使用，优选地，在设备操作过程中应该持续使用磁场 存在的容积(volume)。对于磁制冷机提出了各种设计和配置。在W0-A-2005/095872中描述了一个这样 的例子。这个申请描述了包括磁热材料的加热器。该系统包括以圆形结构布置并且通过包 含流动冷冻剂的管道交叉的磁热元件。该申请陈述了该设备可以用于回火、冷却、加热、保 存、烘干以及空气调节。在 EP-A-1736717、W0-A-02/12800 和 US-A-2005/120720 中描述了 磁制冷机的其他例子。然而，期望对这样的设备进行改进以允许通过充分利用磁场容积和活性再生器来 进行高频、连续的操作。在液体流中的压力损耗也应该尽可能地小。此外，期望简化原来设 备的液体流控制系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种制冷设备，包括磁场源；磁热床，磁场源和 磁热床中的一个被布置以围绕另一个，磁热床被布置用于关于磁场源相对旋转，使得在所 述相对旋转过程中，由磁热床的部件经历的磁场变化；在磁热床内形成的多个路径，用于在 所述相对旋转过程中工作流在磁热床和永磁铁之间的流动。优选地，流分配器放置在磁热 床的每一端，用于控制在操作周期中能够接收工作流的磁热床的部件。由于磁场源和磁热床中的一个被设置为实质上围绕另一个，S卩，它们具有实质上 相同的纵向轴，或者它们是实质上同轴或同心的，两个的元件的相对旋转以及磁场源的配 置一起使得将连续变化的磁场在相对旋转的周期上施加到磁热床的每一部分或部件。优选 地磁场源是静止的并且磁热床围绕磁场源旋转。换句话说，磁场源可以形成杆，圆柱形的磁 热床可以围绕该杆旋转。当然也可以相反地布置。应该理解到制冷设备也可以被用作热泵。在使用中，设备在一端变热以及在另一个变冷。当用作制冷机时，热端与周围环境保持接触，并且冷端被用于制冷。可替换地，设 备可以用作热泵，其中冷端与周围环境保持接触并且热端用于加热。 优选地，磁热床和磁场源的每一个实质上是圆柱形的，使得一个圆柱形可以被布 置在另一个圆柱形内部，用于关于实质上共享的纵向轴在二者之间进行相对旋转。在实施例中，制冷设备包括具有纵向轴的磁场源；圆柱形形式的磁热元件，具有 实质上平行于磁场源的纵向轴的纵向轴，磁热元件被布置为围绕它的纵向轴关于磁场源相 对旋转，使得在所述相对旋转过程中，由磁热元件的部件经历的磁场变化；在磁热元件内形 成的多个路径，用于在相对旋转过程中工作流在磁热元件和磁场源之间的流动；以及一个 或多个流分配器，允许工作流的均勻流动。在优选实施例中，磁场源是永磁铁或永磁铁组件或与一个或多个电磁铁或螺线管 组合的永磁铁组件。磁场源被设计为实质上具有沿着圆柱形磁热床的等距圆弧部分限定的 所有磁场强度。根据需要的AMR频率和床的旋转频率的比率，源可以是双极或具有更多数 目的极(四极、八极等)。制冷设备提供了旋转磁制冷装置，该装置通过旋转运动对磁热床进行磁化和消 磁，并且可以在磁场源相对于磁热床的旋转周期上连续操作。由此，在一个特定实施例中， 该设备是连续可变频率磁冷却装置，该装置可以通过围绕永磁铁组件同心放置的圆柱形磁 热床的旋转运动来对热磁床进行磁化和消磁。优选地，永磁铁组件保持静止并且磁热床围绕永磁铁组件旋转。这提供了以下优 点可以将相对于永磁铁组件固定的流分配器设计使得进出磁热床的每个流开口或流通道 仅经历单向流(给定开口总是经历从热到冷的流或从冷到热的流)，由此避免旋转阀的需 要。此外，这确保了设备的连续操作，而不用必须在周期中在进出设备的通道中反转工作液 的流动方向。此外，由于永磁铁组件相对于优选地围绕磁热床设置的磁轭是静止的，在磁轭 内不会感应电流。在实质上圆柱形的磁热床的两端放置具有等于磁场源的极数的两倍的多个流开 口或通道的流分配器。优选地，流分配器相对于磁场源固定，使得在磁场源和磁热床的相对 旋转过程中，磁热床的不同部分扫过流开口。可以调整流开口的角范围以改变AMR周期特 性。优选地，将热和冷侧热交换器集成到流分配器中，以允许紧凑有效的设计。磁热床和磁场源的相对旋转运动可以具有固定频率或者时变的、可能是步阶的频 率。可以结合具有径向改变的组成的床来使用时变频率，例如沿着径向方向被隔开。这可 以用于优化AMR周期特性。根据本专利技术的第二方面，提供了 一种制冷方法，所述方法包括设置磁场源和磁热 床，磁场源和磁热床中的一个围绕另一个并且被布置用于相对旋转；在磁热床的每一端设 置流分配器，用于控制磁热床的部件能够在操作周期中接收工作流；当磁场源和磁热床相 对于彼此旋转时，迫使流体制冷剂，例如液体制冷剂，流动通过流分配器，由此使得流体被 加热或冷却。根据本专利技术的第三方面，提供了一种制冷设备，包括磁场源；磁热床，磁场源和 磁热床中的一个被布置为实质上围绕另一个，将磁热床布置为关于磁场源相对旋转，使得 在所述相对旋转过程中，由磁热床的部件经历的磁场变化；在磁热床内形成的多个路径，用 于在磁热床和永磁铁之间的相对旋转过程中工作流从床的一端流向另一端。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种热泵，该热泵包括根据本专利技术的第一或第 三方面的制冷设备，布置以从热泵的热端提供热量。附图说明现在将参考附图详细描述本专利技术的实施例，其中 图IA是磁制冷机的示意性表示；图IB是磁制冷机的示意性表示；图2是具有与图1的例子相比具有额外的元件的磁制冷机的示意性表示；图3表示由制冷机内的单个板经历的活性磁制冷机周期的例子；图4是通过图1的制冷机的横截面的示意性表示；图5-7表示用于图1和2的制冷机的流分配器和磁铁结构的例子；图8表示分段磁轭的两个实施例的示意性表示；图9表示分段磁轭的示意性表示；图10表示包含热交换器的制冷机的示意性表示；图11表示磁热元件的示意性表示；以及图12表示磁热元件的两个例子的示意性表示。具体实施例方式图IA是磁制冷机的示意性表示。磁制冷机2包括圆柱形磁热床(bed) 4，该圆柱形 磁热床4在这个例子中以围绕以具有特定配置的永磁铁6的形式的磁场源，下文中将更详 细地描述。磁热床4实质上围绕磁场源同心布置。布置磁热床4和磁场源被布置使得一个 元件可以在另一个元件中旋转，即，优选地实质上同轴。换句话说，磁热床4和磁场源的每 一个的纵向轴是相同的或至少实质上是平行的，使得一个元件可以在另一个元件中旋转。制冷机2包括直接邻近于磁热床4的每一端放置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷设备，包括：磁场源；磁热床，磁场源和磁热床中的一个被布置以实质上围绕另一个，磁热床被布置用于关于磁场源相对旋转，使得在所述相对旋转过程中，由磁热床的部件经历的磁场变化；在磁热床内形成的多个路径，用于在所述相对旋转过程中工作流在磁热床和永磁铁之间的流动；以及流分配器，放置在磁热床的每一端，用于控制在操作周期中能够接收工作流的磁热床的部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安罗伯特哈芬登巴尔，安诺斯斯米特，尼尼普吕斯，路易斯泰尔库恩，瑟伦林德罗特，
申请(专利权)人：丹麦理工大学，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]