磁热效应型热泵设备的制作方法

专利名称：磁热效应型热泵设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种磁热效应型热泵设备。
背景技术：
文献FR 2933539公开一种与车辆的电池的外壳相关的磁热效应型热泵设备，并且具有相应的公开文献WO 2010/004131和US 2011/0104530。文献FR 2936363描述了一种磁热效应型热泵设备的结构，并且具有对应的公开文献 WO 2010/061064 和 US 2011/0215088。然而，由于FR 2933539和FR 2936363的结构，难以通过磁热效应型热泵设备吸取电池的热量。此外，由于FR 2933539和FR 2936363的结构，电池的热量不能用于磁热效应型热
栗设备。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种磁热效应型热泵设备，其能够使用加热元件的热量。此外，该磁热效应型热泵设备除了使用主热源，还可以使用加热元件的热量作为辅助热源。此外，该磁热效应型热泵设备可以有效地使用加热元件的热量。此外，该磁热效应型热泵设备可以使用加热元件的热量，以便辅助从低温状态的启动。根据本公开的一个示例，磁热效应型热泵设备将主热源的热量供应到热负载，该磁热效应型热泵设备包括磁热元件、磁场切换器、泵和辅助热源装置。当向磁热元件施加外部磁场时，所述磁热元件产生热量，当从磁热元件去除外部磁场时，所述磁热元件吸收热量。所述磁场切换器使外部磁场的施加和去除相互切换。当外部磁场施加到磁热元件时，所述泵从磁热元件的低温端向磁热元件的高温端泵送热传递介质。当外部磁场从磁热元件去除时，所述泵从所述高温端向所述低温端泵送热传递介质。所述辅助热源装置将加热元件的热量供应到所述磁热元件。因此，加热元件的热量能够用于磁热效应型热泵设备。


根据下面参照附图的详细说明，本公开的上述和其它目的、特征和优点将变得显然。附图如下图I是显示包括根据第一实施例的磁热效应热泵设备的空调的示意图；图2是显示根据第一实施例的磁热效应热泵设备的剖视图；图3是沿图2的线III-III的剖视图；、
图4是显示根据第二实施例的磁热效应热泵设备的剖视图；图5是显示包括根据第三实施例的磁热效应热泵设备的空调的示意图；图6是显示包括根据第四实施例的磁热效应热泵设备的空调的示意图；图7是显示根据第五实施例的磁热效应热泵设备的剖视图；和图8是显示应用于第一至第五实施例的磁热元件的示意立体图。
具体实施方式
下面将参照

本发明的实施例。在这些实施例中，与之前实施例中描述的事物相关的部件可采用相同的参考标记，并且可省略该部件的多余说明。当在一个实施例中仅描述了一个结构的一部分时，之前的其它实施例可以应用到该结构的其它部分。这些部分可以相互组合，即使没有清楚地说明这些部分能够组合。这些实施例可以部分地组合，即使没有清楚地说明这些实施例能够组合，只要这种组合无害即可。(第一实施例)如图I所示，根据第一实施例的磁热效应型热泵设备2应用到车辆的空调I。空调I调节车辆的乘客室内的空气温度。空调I具有设置在车辆内的室内热交换器3，并且热量利用内部空气在室内热交换器3中交换。室内热交换器3可以对应于高温热交换器。空调I还具有设置在车辆外部的室外热交换器4，并且热量利用外部空气在室外热交换器4中交换。室外热交换器4可以对应于低温热交换器。空调I包括磁热效应型热泵设备2，该磁热效应型热泵设备2使用磁热元件的磁热效应。下面，磁热效应型热泵设备2可以称为MHP设备2。在本说明书中，使用的术语热泵设备是广义的。即，术语热泵设备包括使用冷能的热泵设备和使用热能的热泵设备的两者。使用冷能的热泵设备对应于冷冻循环设备。术语热泵设备可以用作包括冷冻循环设备的概念。例如，MHP设备2对应于通过吸收外部空气的热量来加热内部空气的加热装置。MHP设备2包括电机20、泵30、第一磁热元件单元40、第二磁热元件单元50、第一转换器70、和第二转换器80。电机20对应于动力源。泵30使热传递介质流动。第一磁热元件单元40容纳磁热元件。第二磁热元件单元50容纳磁热元件。当外部磁场施加到磁热元件时该磁热元件产生热量，并且当从磁热元件去除外部磁场时该磁热元件吸收热量。下面，磁热元件单元40、50可以称作MCD单元40、50。MHP设备2供应热能到高温端11，并且供应冷能到低温端12。当MHP设备2工作时，MHP设备2的磁热元件的温度在高温端11处变高，并且在低温端12处变低。由MHP设备2供应的冷能和热能通过热传递介质传递。热传递介质可以是例如水。下面将MHP设备2的热传递介质称为工作水。高温工作水从高温端11流出，并且热能供应到外部。在热能供应到外部之后，工作水返回到高温端11。此时，冷能被携带到高温端11中。低温工作水从低温端12流出，并且冷能被供应到外部。在冷能被供应到外部之后，工作水返回到低温端12。此时，热能被携带到低温端12中。在该实施例中，MHP设备2配备有多个MCD单元40、50。位于高温侧的第一 MCD单元40供应冷能到中间低温端13，该中间低温端13位于高温端11和低温端12之间的大致中间。位于低温侧的第二 MCD单元50供应热能到中间高温端14，该中间高温端14位于高温端11和低温端12之间的大致中间。第一转换器70、第二转换器80、泵30和存在于转换器70、80和泵30中的热传递介质相互热地组合在中间低温端13和中间高温端14之间。在中间低温端13和中间高温端14之间提供足够的热联结，以便在高温端11和低温端12之间形成预定的温度梯度。空调I具有高温侧循环通路15，该高温侧循环通路15连接MHP设备2到室内热交换器3。流过高温通路15的工作水将热量从MHP设备2传递到室内热交换器3。空调I具有低温侧循环通路16，该低温侧循环通路16连接MHP设备2到室外热交换器4。流过低温通路16的工作水将热量从室外热交换器4传递到MHP设备2。空调I使用外部空气作为主热源。空调I的热负载对应于内部空气。因此，空调I对应于加热装置。MHP设备2将对应于主热源的室外热交换器4的热量供应到对应于热负载的室内热交换器3。
空调I还包括辅助热源装置5。辅助热源装置5可以是驱动车辆的动力装置。辅助热源装置5将从动力装置排放的热量供应到MHP设备2。动力装置具有电池(BATT)6、逆变器(INV) 7和电机(VH-MTR) 8。逆变器7将从电池6供应的DC电力转换成AC电力，并且将该AC电力供应到电机8。电机8驱动车辆的驱动轮。逆变器7可以对应于加热元件。逆变器7的废热供应到MHP设备2。热传递介质供应到逆变器7，以便冷却用于切换的半导体器件，并且该热传递介质可以是水。下面将冷却逆变器7的水称作冷却水，该冷却水区别于工作水。冷却水通过泵9在循环回路中循环。空调I配备有热交换器90，当冷却水从辅助热源装置5供应时，该热交换器90将冷却水的热量供应到MHP设备2。热交换器90将逆变器7的废热传递到第一 MCD单元40。更具体地，热交换器90将逆变器7的废热传递到第一 MCD单元40的工作水和磁热元件。图2是第一实施例的MHP设备2的示意剖视图，其是沿图3的线II-II剖切的。图3是第一实施例的MHP设备2的示意剖视图，其是沿图2的线III-III剖切的。电机(MTR) 20作为MHP设备2的动力源，并且由车载电池驱动。电机20驱动泵30。因此，电机20和泵30产生工作水流。此外，电机20转动MCD单元40、50的永磁铁。因此，电机20和MCD单元40、50交替地切换外部磁场的状态。即，将外部磁场施加到磁热元件或从磁热元件去除外部磁场，并且该切换操作通过电机20和MCD单元40、50交替地执行。外部磁场的去除表示没有外部磁场施加到磁热元件。泵30在MCD单元40、50中产生两向工作水流，并且磁热元件用作有源磁致冷(active magnetic refrigeration, AMR)循环。此外，泵30产生工作水循环流,用于将从MCD单元40、50获得的冷能和/或热能供应到外部。循环流表示从MCD单元40、50流出并再次返回到MCD单元40、50的工作水流。循环流可以包括从高温端11流出、通过高温侧循环通路15并再次返回到高温端11的工作水的高温外部循环流。循环流可以包括从低温端12流出、通过低温侧循环通路16并再次返回到低温端12的工作水的低温外部循环流。在本实施例中，泵30产生低温外部循环流和高温外部循环流两者。泵30 是正排量两向泵(positive-displacement two-direction pump),并且凸轮(旋转斜)板型活塞泵。如图2所示，泵30具有圆柱形外壳31。外壳31在中心轴线处可旋转地支撑回转轴32。外壳31分隔和限定至少一个缸筒33。例如，围绕回转轴32以等间隔在圆周方向上布置的多个缸筒33。在本实施例中，外壳31分隔和限定例如五个缸筒33。外壳31容纳凸轮(旋转斜)板34。凸轮板34以倾斜状态可旋转地支撑，S卩，在凸轮板34和外壳31的中心轴线之间限定一预定角度。凸轮板34与回转轴32连接并随回转轴32旋转。两个活塞35、36布置在相应的缸筒33中。凸轮板34位于两个活塞35、36之间。在图2中，一个活塞35在缸筒33的右半部中往复运动。在图2中，另一个活塞36在缸筒33的左半部中往复运动。结果，两缸筒正排量活塞泵被限定在相应的缸筒33中。两缸筒的容积是互补地波动的。两缸筒同时产生从低温端12流到中间高温端14的流和从中间低温端13流到高温端11的流。此外，两缸筒同时产生从高温端11流到中间低温端13的流和从中间高温端14流到低温端12的流。 因为外壳31限定五个缸筒33，因此泵30是十缸筒活塞泵。以另一观点看，在图2中，两个活塞35、36在凸轮板34两侧彼此相对，使得泵30提供位于右侧的第一泵组和位于左侧的第二泵组。第一泵组用于第一 MCD单元40。第二泵组用于第二 MCD单元50。第一 MCD单元40和第二 MCD单元50在泵30两侧定位成彼此相对，并且相对于泵30对称地构造和设置。第一 MCD单元40和第二 MCD单元50作为整体构造成一个磁热器件，其供应热能到高温端11，并供应冷能到低温端12。MCD单元40、50具有圆柱形外壳41、51。外壳41、51在中心线处可旋转地支撑回转轴42、52。外壳41、51分隔和限定围绕回转轴42、52的缸筒形磁铁腔43、53，如图3所示。转子芯44、54固定到回转轴42、52，并且构造成在圆周方向上限定两个区域。磁感应通量容易地穿过其中一个区域，并且难以穿过另一个区域。转子芯44、54的横截面具有至少一个扇(扇子)形部分。在本实施例中，转子芯44,54具有两个扇形部分。永磁铁45、55固定到转子芯44、54。永磁铁45、55具有圆柱形表面，并且永磁铁45、55的横截面具有扇(扇子)形形状，如图3所不。永磁铁45、55固定到转子芯44、54的扇形部分的外圆柱表面上。转子芯44、54和永磁铁45、55在圆周方向上限定两个区域。由永磁铁45、55提供的外部磁场在其中一个区域中强，并且由永磁铁45、55提供的外部磁场在另一个区域中弱。外部磁场的几乎全部在另一个区域中被去除。转子芯44、54和永磁铁45、55与回转轴42、52的旋转同步地转动，使得外部磁场强的区域和外部磁场弱的区域与回转轴42、52的旋转同步地转动。结果，在围绕转子芯44、54和永磁铁45、55的一点处,外部磁场强地施加的时间周期和外部磁场变弱的时间周期重
复地产生。即，转子芯44、54和永磁铁45、55交替地重复外部磁场的施加和去除，并对应于磁场切换器，该磁场切换器相对于磁热元件49、59交替地切换外部磁场的施加和去除。磁场切换器配备有第一永磁铁45和第二永磁铁55。第一永磁铁45设置在第一MCD单元40中，并且通过旋转相对于第一磁热元件49切换磁场的施加和去除。第二永磁铁55设置在第二 MCD单兀50中，并通过旋转相对于第二磁热兀件59切换磁场的施加和去除。外壳41、51分隔和限定至少一个工作腔46、56。工作腔46、56邻近磁铁腔43、53定位。例如，多个工作腔46、56在圆周方向上以等间隔布置，并且在径向上位于磁铁腔43、53的外侧上。在本实施例中，外壳41分隔和限定例如五个工作腔46，并且外壳51分隔和限定例如五个工作腔56。各个工作腔46、56限定柱状空间。该空间的纵向方向对应于外壳41、51的轴线方向。各个工作腔46、56限定成对应于仅一个缸筒33。工作腔46和工作腔56布置成在一个缸筒33的两侧在轴线方向上彼此相对。各个工作腔46的第一端具有第一通道部分，工作水通过该第一通道部分向内流或向外流。如图2所示，第一通道部分具有出口 47和入口 48，工作水通过出口 47供应到室内热交换器3，入口 48接收从室内热交换器3返回的工作水。在出口 47中设置单向阀，并仅允许工作水从工作腔46向外流。在入口 48中设置单向阀，并仅允许工作水向内流入工作腔46中。出口 47中设置的单向阀和入口 48中设置的单向阀可以由滑阀(lead valve)或球阀形成。各个工作腔46的第二端具有第二通道部分，该第二通道部分与泵30连通。第二 通道部分仅与由一个缸筒33和一个活塞35限定的一个泵腔连通。各个工作腔56的第一端具有第一通道部分，工作水通过该第一通道部分向内流或向外流。第一通道部分具有出口 57和入口 58，工作水通过出口 57供应到室外热交换器4，入口 58接收从室外热交换器4返回的工作水。在出口 57中设置单向阀，并仅允许工作水从工作腔56向外流。在入口 58中设置单向阀，并仅允许工作水向内流入工作腔56中。出口 57中设置的单向阀和入口 58中设置的单向阀可以由滑阀或球阀形成。各个工作腔56的第二端具有第二通道部分，该第二通道部分与泵30连通。第二通道部分仅与由一个缸筒33和一个活塞35限定的一个泵腔连通。工作腔46、56对应于作为制冷剂的工作水流通过的通路。工作水在两个方向上沿工作腔46、56的纵向流动。此外，工作腔46、56提供容纳磁热元件49、59的容纳腔。外壳41、51提供限定工作腔46、56的容器。磁热元件49、59设置在工作腔46、56中，作为具有磁热效应的磁工作物质。当外部磁场施加到磁热元件49、59时，电子自旋(electron spins)在磁场的方向上聚积。此时，磁熵(magnetic entropy)降低并且通过发热温度升高。当从磁热元件49、59去除外部磁场时，电子自旋变成无序状态。此时,磁熵增加并且通过吸热温度降低。磁热元件49、59由磁物质形成，该磁物质在通常温度区域域具有高磁热效应。例如，磁热元件49、59可以由钆(Gd)-基材料或镧-铁-硅化合物形成。可选地，可以使用锰、铁、憐和错的混合物。磁热元件49、59具有在MCD单元40、50的轴线方向上延伸的棒(辊)形。磁热元件49、59的形状形成为能够足以与流过工作腔46、56的工作水交换热量。各个磁热元件49、59可以称作元件床。在本实施例中，设置在高温端11和低温端12之间的磁热元件由第一磁热元件49和第二磁热兀件59构成。第一磁热兀件49设置在第一 MCD单兀40中，并具有与电机30相对的中间低温端13和与外部相对的高温端11。中间低温端13和高温端11在第一磁热元件49的两侧彼此相对。第二磁热元件59设置在第二 MCD单元50中，并具有与外部相对的低温端12和与泵30相对的中间高温端14。中间高温端14和低温端12在第二磁热元件59的两侧彼此相对。通过转子芯44、54和永磁铁45、55来施加或去除外部磁场，从而影响磁热元件49、59。S卩，当回转轴42、52旋转时，外部磁场交替地施加或去除，使得磁热元件49、59被交替地磁化或非磁化。如图2所示，各个磁热元件49具有多个元件单元60、61、62、63、64(以下称作60-64)。多个元件单元60-64在磁热元件49的纵向方向上设置，即，沿工作水的流动方向设置。分别构造多个元件单元60-64的材料具有不同的居里温度(Curietemperatures)。即，多个元件单元60-64在彼此不同的温度区域分别具有高磁热效应 Δ AS(JAgK)0最靠近高温端11的元件单元60包括在一温度范围内具有高磁热效应的材料成分，前述温度范围接近于高温端11在正常工作状态中的温度。最靠近中间低温端13的元件单元64包括在一温度范围内具有高磁热效应的材料成分，前述温度范围接近于中间低温端13在正常工作状态中的温度。各个磁热元件59具有多个元件单元65、66、67、68、69 (以下称作65_69)。多个元件单元65-69在磁热元件59的纵向方向上设置，即，沿工作水的流动方向设置。分别构造多个元件单元65-69的材料具有不同的居里温度。即，多个元件单元65-69在彼此不同的温度区域分别具有高磁热效应Λ S(J/kgK)。最靠近低温端12的元件单元69包括在一温度范围内具有高磁热效应的材料成分，前述温度范围接近于低温端12在正常工作状态中的温度。最靠近中间高温端14的元件单元65包括在一温度范围内具有高磁热效应的材料成分,前述温度范围接近于中间高温端14在正常工作状态中的温度。显示高磁热效应的温度区域称作有效温度区域。该有效温度区域的上限温度和下限温度取决于例如磁热元件49的材料成分。多个元件单元60-64以有效温度区域在高温端11和中间低温端13之间对准的方式串联地布置。换言之，多个元件单元60-64的有效温度区域具有台阶形分布，以便从高温端11向中间低温端13逐渐下降。有效温度区域的台阶形分布大致对应于在正常工作状态中高温端11和中间低温端13之间限定的温度分布。多个元件单元65-69以有效温度区域在中间高温端14和低温端12之间对准的方式串联地布置。换言之，多个元件单元65-69的有效温度区域具有台阶形分布，以便从中间高温端14向低温端12逐渐下降。有效温度区域的台阶形分布大致对应于在正常工作状态中中间高温端14和低温端12之间限定的温度分布。此外，第一和第二 MCD单元40、50的第一和第二磁热元件49、59通过热串联连接构造一个磁热元件。具体地，多个元件单元60-64、65-69以有效温度区域在高温端11和低温端12之间对准的方式串联地布置。换言之，多个元件单元60-64、65-69的有效温度区域具有在高温端11和低温端12之间的台阶形分布。有效温度区域的台阶形分布大致对应于在正常工作状态中高温端11和低温端12之间限定的温度分布。
此外，各个MCD单元40、50具有热地并联连接的多个磁热元件49、59。例如，在第一 MCD单元40中，五个磁热元件49热地并联连接。此外，在第二 MCD单元50中，五个磁热元件59热地并联连接。第一转换器70设置在泵30的回转轴32和第一 MCD单元40的回转轴42之间。第一转换器70控制回转轴32和回转轴42之间的旋转速度和/或旋转相位。第二转换器80设置在泵30的回转轴32和第二 MCD单元50的回转轴52之间。第二转换器80控制回转轴32和回转轴52之间的旋转速度和/或旋转相位。电机20例如连接到第二 MCD单元50的回转轴52。第一转换器70和第二转换器80控制泵30的回转轴32、第一 MCD单元40的回转轴42、和第二 MCD单元50的回转轴52之间的旋转关系，以实现AMR循环。通道部分71设置在泵30和第一 MCD单元40之间，并限定用于工作水的通道。一个缸筒33和一个工作腔46通过通道部分71限定的通道彼此连通。通道部分81设置在泵30和第二 MCD单元50之间，并限定用于工作水的通道。一个缸筒33和一个工作腔56通过通道部分81限定的通道彼此连通。多个MHP单元由第一MCD单元40和限定在泵30的右半部分中的多筒活塞泵构造。具体地，五个MHP单元被构造。多个MHP单元热地并联连接。多个MHP单元由第二MCD单元50和限定在泵30的左半部分中的多筒活塞泵构造。具体地，五个MHP单元被构造。多个MHP单元热地并联连接。此外，位于泵30的右侧上的多个MHP单元和位于泵30的左侧上的多个MHP单元热地串联连接。如图2所示，辅助热源装置5的热交换器90设置在外壳41的外部。热交换器90具有位于外壳41的外部的外壳91。外壳91为环形,包围外壳41的外周。外壳91在径向方向上分隔和限定在外壳41的外侧上的夹套92。夹套92用于流动冷却水。外壳91具有用于冷却水的入口和出口。用于冷却逆变器7的冷却水通过泵9循环并流过夹套92。热交换器90还具有多个散热片93,用于便于在冷却水和外壳41之间的热交换。由于散热片93，逆变器7的废热容易地传递到外壳41。传递到外壳41的热还传递到工作水和磁热元件49。S卩，辅助热源装置5通过工作水将逆变器7的热量供应到磁热元件49。根据该构造，使用工作水，逆变器7的热量传递到磁热元件49。此外，由于将逆变器7的热量传递到工作水的热交换器90，热传递能够高效地执行。热交换器90定位成供应热量到MHP设备2。因此，MHP设备2能够通过逆变器7的废热加热。MHP设备2将热量传递到高温端11。因此，除了通过室外热交换器4吸收的热量外，逆变器7的废热传递到高温端11。结果，室内热交换器3的加热效果可以被增加。此外，在MHP设备2的空闲时间，通过逆变器7的废热能够很快地启动加热。在低温环境中，例如冬天，MHP设备2能够通过逆变器7的废热温暖。热交换器90靠近高温端11，而不是靠近MHP设备2的热的中间或中部部分。因此，能够为MHP设备2合适地执行加热，该MHP设备2用作加热装置。换言之，辅助热源装置5从高温端11和低温端12之间的中间位置或高温端11和中间低温端13之间的中间位置将逆变器7的热量供应到磁热元件49。因此，磁热元件49的中间部分能够被加热。因此，逆变器7的热量能够有效地泵送到高温端11。此外，当逆变器7的热量在MHP设备2的启动时间处供应时，通过从中间部分加热磁热元件49,能够辅助该启动。换言之，辅助热源装置5将逆变器7的热量从靠近高温端11的位置供应到磁热元件49，而不是从低温端12和高温端11之间的中间端(中心部分)13、14。因此，逆变器7的热量能够有效地泵送到高温端11。此外，因为高温端11的温度上升，能够辅助MHP设备2的启动。热交换器90以热量仅供应到第一 MCD单元40的方式设置。因此，逆变器7的废热能够供应到高温侧上的MCD单元40，没有供应到低温侧上的MCD单元50。因此，废热容易地传递到高温端11。如图2所示,热交换器90以热量供应到元件单元63的方式设置,元件单元63具有对应于在正常工作时间处的冷却水的温度的有效温度区域。当逆变器7工作时，冷却水的温度具有大致恒定(均匀)值。冷却水的热量从热交换器90传递到外壳41。然后，冷却水的热量从外壳41传递到工作水,并且还从工作水传递到元件单元63。元件单元63具、有在有效温度区域内的高磁热效应。因此，逆变器7的废热能够通过元件单元63有效地吸收，并且被有效地吸收的热量能够传递到高温端11。因此，逆变器7的热量供应到具有对应于从逆变器7供应的热量的温度的有效温度区域的元件单元63。因此，元件单元63能够有效地吸取逆变器7的热量。空调I具有控制装置(CNTR) 10。控制装置10控制空调I的多个部件。例如，控制装置10控制电机20以便至少启动或停止MHP设备2。此外，控制装置10控制第一转换器70和第二转换器80，以便切换第一转换器70和第二转换器80的旋转速度和/或旋转相位的状态。此外，控制装置10控制泵9以便至少间歇地供应逆变器7的废热到MHP设备2。此外，控制装置10控制逆变器7，以便调节逆变器7的废热的量。控制装置10可以是变暖部分，变暖部分在冬天或冷的地区启动MHP设备2时执行变暖控制。在变暖控制中，MHP设备2变暖，以便减少用于启动MHP设备2所需的启动时间。当MHP设备2在低温环境中起动时，变暖部分起动以便与MHP设备2的启动几乎同时地或在MHP设备2的启动之前启动泵9。因此，MHP设备2的温度，具体地磁热元件49、59的温度能够快速地上升。此外，当MHP设备2启动时，变暖部分控制逆变器7以相对于通常时间增加逆变器7的热量。因此，MHP设备2能够被快速地加热。此外，控制装置10可以对应于辅助热量控制器，该辅助热量控制器通过控制逆变器7和/或泵9来控制从逆变器7供应到MHP设备2的热量。例如，辅助热量控制器通过控制逆变器7的热量来控制由MHP设备2从外部空气泵送的热量。控制装置10可以由微处理器构造，该微处理器具有能够通过计算机读取的介质。该介质存储能够通过计算机读取的程序。该介质可以是存储器。当控制装置10执行程序时，控制装置10工作和运行以实施上述控制。控制装置10可以包括功能块或模块。将描述空调I的操作。当电机20旋转时，回转轴52旋转。转子芯54和永磁铁55通过回转轴52的旋转而转动。因此，通过永磁铁55,外部磁场交替地施加到多个磁热元件59或从多个磁热元件59去除。回转轴52的旋转通过第二转换器80传递到回转轴32。当回转轴32旋转时，凸轮板34旋转。当凸轮板34旋转时，凸轮板34的径向外侧部分在轴线方向上移动，并且活塞35和活塞36在轴线方向上往复移动。此时，缸筒33的容积波动。根据缸筒33的容积的变化，工作水流出缸筒33或流入缸筒33。活塞36增加或降低缸筒33的左半部分的容积。当活塞36往复移动时，在工作腔56中产生工作水的两向流。当工作水从中间高温端14流向低温端12时，磁热元件59的冷能从中间高温端14传递向低温端12。此外，存在于低温端12附近的工作水的一部分通过出口 57流到低温侧循环通路16中。低温侧循环通路16的工作水通过室外热交换器4。此时，工作水被外部空气加热。即，工作水冷却外部空气。当工作水从低温端12流向中间高温端14时，磁热元件59的热能从低温端12传递向中间高温端14。此时，工作水从低温侧循环通路16流到工作腔56中。此外，回转轴32的旋转通过第一转换器70被传递到回转轴42。当回转轴42旋转时，转子芯44和永磁铁45旋转。因此,通过永磁铁45,外部磁场被交替地施加到磁热兀件49或从磁热元件49去除。活塞35增加或降低缸筒33的右半部分的容积。当活塞35往复移动时，在工作腔·46中产生工作水的两向流。当工作水从中间低温端13流向高温端11时，磁热元件49的热能从中间低温端13传递向高温端11。此外，存在于高温端11附近的工作水的一部分通过出口 47流到高温侧循环通路15中。高温侧循环通路15的工作水通过室内热交换器3。此时，工作水加热内部空气。即，工作水被内部空气冷却。当工作水从高温端11流向中间低温端13时，磁热元件49的冷能从高温端11传递向中间低温端13。此时，工作水从高温侧循环通路15流到工作腔46中。第二转换器80使回转轴52的旋转和回转轴32的旋转同步，以便通过组合在施加和去除之间切换用于第二 MCD单元50的外部磁场和利用泵30切换工作水的两向流,实现AMR循环。第一转换器70使回转轴42的旋转和回转轴32的旋转同步，以便通过组合在施加和去除之间切换用于第一 MCD单元40的外部磁场和利用泵30切换工作水的两向流,实现AMR循环。为了实现AMR循环，在施加和去除之间切换外部磁场和切换工作水的两向流被组合，以便重复以下四个步骤(I)、(2)、(3)和(4)。由于AMR循环，热量逐步地和逐渐地传递，使得在热传递中能够获得高效。(I)使用磁场切换器44、45、54、55施加外部磁场到磁热兀件49、59。(2)在施加磁场期间的时期中，利用泵30使工作水从低温端12流向中间高温端14以及使工作水从中间低温端13流向高温端11。(3)通过控制磁场切换器44、45、54、55，从磁热兀件49、59去除外部磁场。(4)在去除磁场期间的时期中，利用泵30使工作水从中间高温端14流向低温端12以及使工作水从高温端11流向中间低温端13。当利用泵30的左半部分和MCD单元50重复这四个步骤(I)、⑵、(3)和(4)时，磁热效应产生的冷能传递向低温端12，并且磁热效应产生的热能传递向中间高温端14。此时，磁热元件59和工作水用作存储热能和冷能的储热器。当重复前述过程时，工作腔56的内部用作具有温度梯度的储热器，并且该温度梯度逐渐变大。最终，在正常的工作状态中，在低温端12和中间高温端14之间产生大的温度差。传递到中间高温端14的热能经由第二转换器80、泵30和第一转换器70被进一步传递到第一 MCD单元40。当利用泵30的右半部分和MCD单元40重复这四个步骤(I)、⑵、(3)和(4)时，磁热效应产生的冷能传递向中间低温端13，并且磁热效应产生的热能传递向高温端11。此时，磁热元件49和工作水用作存储热能和冷能的储热器。当重复前述过程时，工作腔46的内部用作具有温度梯度的储热器，并且该温度梯度逐渐变大。最终，在正常的工作状态中，在中间低温端13和高温端11之间产生大的温度差。传递到中间低温端13的冷能经由第一转换器70、泵30和第二转换器80被进一步传递到第二 MCD单元50。因此，在本实施例中，当外部磁场施加到磁热元件49、59时，泵30从低温端12向高温端11泵送工作水。当从磁热元件49、59去除外部磁场时，热传递介质被从高温端11泵送向低温端12。
此外，当泵30从低温端12向高温端11泵送工作水时，工作水从高温端11排出到高温侧循环通路15，并且该工作水被从低温侧循环通路16吸到低温端12。此外，当泵30从高温端11向低温端12泵送工作水时，工作水从低温端12排出到低温侧循环通路16，并且该工作水被从高温侧循环通路15吸到高温端11。如果仅注意第一 MCD单元40，当工作水从中间低温端13流向高温端11时，泵30从高温端11向高温侧循环通路15排出工作水。此外，当工作水从高温端11流向中间低温端13时，泵30从高温侧循环通路15抽吸工作水到高温端11。如果仅注意第二 MCD单元50，当工作水从中间高温端14流向低温端12时，泵30从低温端12向低温侧循环通路16排出工作水。此外，当工作水从低温端12流向中间高温端14时，泵30从低温侧循环通路16抽吸工作水到低温端12。MCD单元40、泵30和MCD单元50用作一连串的MHP设备2。结果，在低温端12和高温端11之间出现大的温度梯度。从低温端12流出的低温工作水从室外热交换器4中的外部空气吸收热量，并且通过再次返回到低温端12将该热量供应到低温端12。MHP设备2将供应到低温端12的热量泵送到高温端11。从高温端11流出的高温工作水将热量供应到室内热交换器3中的内部空气，并且通过再次返回到高温端11而从高温端11接收热量。逆变器7将从电池6供应的DC电力转换成AC电力，并且将该AC电力供应到电机8。逆变器7的切换元件通过冷却水冷却。当泵9被控制装置10驱动时，逆变器7的热量供应到热交换器90。热交换器90利用冷却水温暖MHP设备2。因此，MHP设备2在低温环境中也能快速启动。此外，热交换器90用作为MHP设备2供应热量的热源。因为逆变器7的废热供应到MHP设备2，因此MHP设备2的高温端11获得的热量增加。结果，用于加热操作的室内热交换器3的热量增加。热交换器90设置成供应热量到元件单元63，该元件单元63的有效温度区域大致等于正常工作时的冷却水的温度。换言之，热交换器90设置成供应热量到元件单元63，该元件单元63在冷却水的正常时刻温度具有高磁热效应。因此，冷却水的热量被MHP设备2有效地吸收。根据第一实施例，通过使用逆变器7作为加热元件，逆变器7的废热可以用于MHP设备2。MHP设备2可以使用外部空气作为主热源，并且还可以使用逆变器7的热量作为辅助热源。此外，逆变器7的热量供应到MHP设备2的MCD单元，该MCD单元的有效温度区域对应于从逆变器7供应的热量的温度，使得逆变器7的热量能够被有效地使用。此外，MHP设备2可以利用从逆变器7供应的热量被预加热。因此，加热元件的热量可以用于辅助MHP设备2从冷的环境中启动。(第二实施例)图4是显示根据第二实施例的MHP设备202的剖视图。尽管在第一实施例中高温侧MCD单元40和低温侧MCD单元50具有大致相同尺寸和热容量，但是在第二实施例中，位于从热交换器90开始的低温侧上的磁热元件的数量被减少，考虑到通过热交换器90供应到MHP设备的逆变器7的废热的热量。
在MHP设备202中，与高温侧MCD单元240相比，低温侧MCD单元250的尺寸和热容量被制成较小。MCD单元240具有由五个元件单元260、261、262、263、264(以下称作260-264)构成的磁热元件249。MCD单元250具有由四个元件单元265、266、267、268 (以下称作265-268)构成的磁热元件259。因此，低温侧MCD单元250的磁热元件259的数量小于高温侧MCD单元240的磁热元件249的数量。因此，外壳251、转子芯254和永磁铁255的轴向长度被设成小于外壳41、转子芯44和永磁铁45的轴向长度。即，低温侧MCD单元250的磁路被设成小于高温侧MCD单元240的磁路。结果，MHP设备202的整个尺寸被制得较小。此外，在第二实施例中，元件单元260-264、265_268的有效温度范围的台阶形分布大致对应于正常工作时的高温端11和低温端12之间限定的温度分布。根据第二实施例，用于MHP设备202中的磁热元件的数量可以被减少。此外，磁路的尺寸可以制的较小。结果，MHP设备202的尺寸可以制的较小。(第三实施例)图5为显示具有根据第三实施例的MHP设备2的空调301的示意图。尽管在第一和第二实施例中，逆变器7的废热通过固定到高温侧MCD单元40、240的热交换器90回收，但是在第三实施例中，辅助热源装置305的热交换器390设置在低温侧循环通路16中。在低温侧循环通路16中，热交换器390位于室外热交换器4和MCD单元50之间。辅助热源装置305将逆变器7的热量经由低温端12供应到磁热元件59、49。因此，从对应于主热源的外部空气吸收的热量和从逆变器7吸收的热量可以以并行的关系传导。(第四实施例)图6为显示具有根据第四实施例的MHP设备2的空调401的示意图。尽管在前述实施例中逆变器7是辅助热源装置5、305的加热部件，但是在第四实施例中电加热器407是辅助热源装置405的加热部件。电池6给电加热器407供应电力。包括电加热器407的热交换器490设置到MCD单元40。从电加热器407产生的热量通过热交换器490传递到工作水。当从电池6供应电力时，电加热器407发出热量。当电加热器407发出热量时，电加热器407的温度对应于元件单元63的有效温度范围。控制装置410控制用于电加热器407的电力供应。因此，对应于加热部件的电加热器407的热量可以供应到MHP设备2。(第五实施例)
图7是显示根据第五实施例的MHP设备502的剖视图。MHP设备502代替MHP设备2用于第一实施例的空调I中。尽管在前述实施例中泵30由旋转斜盘泵制成，但是第五实施例的泵530由径向活塞泵制成。此外，在第五实施例中，两个工作腔46、56被连接以对应于一个容积可变的腔。泵530具有圆柱形外壳531。外壳531在中心轴线处可旋转地支撑回转轴532。回转轴532直接地连接到回转轴42和回转轴52。外壳531分隔和限定至少一个缸筒533。外壳531分隔和限定多个缸筒533，这多个缸筒533围绕回转轴532以等间距布置。例如，外壳531分隔和限定五个缸筒533。外壳531容纳凸轮534。凸轮534具有在外圆周表面上的凸轮表面。凸轮534连接到回转轴532，以随回转轴532旋转。一个活塞535设置在对应的缸筒533中。活塞535在缸筒533中沿径向方向往复运动。结果，一缸筒正排量活塞泵被限定在相应的缸筒533中。因为外壳531具有五个缸筒533,因此泵533提供了五缸筒活塞泵。由于一组腔，泵530产生用于第一 MCD单元40和第二 MCD单元50的平行的工作水流。缸筒中的一个同时产生从低温端12流向中间高温端14的水流和从高温端11流向中间低温端13的水流。此外，缸筒中的另一个同时产生从高温端11流向中间低温端13的水流和从低温端12流向中间高温端14的水流。当工作水从中间低温端13流向高温端11时，泵530从高温端11向高温侧循环通路15排出工作水。此外，当工作水从中间高温端14流向低温端12时，泵530从低温端12向低温侧循环通路16排出工作水。当工作水从高温端11流向中间低温端13时，泵530将工作水从高温侧循环通路15吸到高温端11高温端11。此外，当工作水从低温端12流向中间高温端14时，泵530将工作水从低温侧循环通路16吸到低温端12。在多个工作腔46、56被设置成对应于单个容量腔的情况中，当外部磁场施加到腔46中的一个时,夕卜部磁场不施加到另一个腔56。结果,磁热兀件49在腔46中发出热量,并且热能被传递。同时，磁热元件59在腔56中吸收热量，并且冷能被传递。(其它实施例)本公开不局限于前述实施例。MHP设备可以是吸收内部空气的热量并向外部空气散发热量的冷却装置，而不是加热装置。在此情况中，低温侧热交换器4位于内部，并且高温侧热交换器3位于外部。MHP设备不局限于MCD单元40、50在泵30的两侧彼此相对的前述构造。可选地，MHP设备可以通过泵30的一半和MCD单元40、50中的一个构造。例如，MHP设备可以通过泵30的右半部分和MCD单元40构成。在该情况中，室外热交换器4可以设置在泵30和MCD单元40之间。在磁场切换器中，代替永磁铁的旋转，磁热元件可以被移动。可以使用电磁铁，而不是永磁铁。热传递介质不局限于工作水。第一热传递介质用于限定具有磁热兀件49、59、249、259的AMR循环。第二热传递介质用于将MHP设备获得的冷能和/或热能传递到热交换器3、4。第一热传递介质和第二热传递介质可以彼此分离。例如，额外地设置水循环回路和泵以传递从高温端11获得的热能，而不是MHP设备。、
加热部件可以是电池6或电机8，而不是逆变器7和/或电加热器407。此外，除了逆变器7和/或电加热器407之外，电池6和/或电机8可以用作加热部件。电加热器407直接地固定到MCD单元40的外表面，以便加热上述说明中的单元40。可选地，热交换器可以设置用于在被电加热器407和MCD单元40加热的热传递介质之间交换热量。在上述说明中，通过旋转斜盘泵或径向活塞泵来提供多缸筒泵。可选地，其它正排量泵可以用作该泵。单工作腔46、56被设置，用于对应于上述说明中的泵的单缸筒。可选地，该配置可以以多个缸筒对应于单工作腔、单缸对应于多个工作腔、或多缸对应于多工作腔的方式形成。磁热元件49、59具有能够与流过工作腔46、56的工作水充分地热交换的形状。更 具体地，例如，图8所示的磁热元件49可以用于这些实施例中。如图8所示，磁热元件49具有方柱形状，并且通过层叠多个板部件49a、49b构成。板部件49a具有沟槽49c，该沟槽49c限定用于工作水的通道。板部件49b位于在层叠方向上的末端，并且不具有沟槽。可选地，磁热元件可以通过仅层叠具有相同形状的相同板部件构成。磁热元件49内部具有用于工作水的多个通道。多个通道便于元件49和工作水之间的热交换。通道限定在彼此相邻的板部件49a、49b之间。磁热元件59可以具有与磁热元件49相似的结构。MHP设备可以用于居所中的空调，而不是车辆。除了外部空气，主热源可以是水或沙子。控制装置的方法和功能可以仅用软件、仅用硬件或软件和硬件的组合提供。例如，控制装置可以由模拟电路形成。这些变化和改进可以理解成在如所附权利要求限定的本公开的保护范围之内。
权利要求
1.一种磁热效应型热泵设备(2)，其将主热源(4)的热量供应到热负载(3)，所述磁热效应型热泵设备包括 磁热元件(49, 59, 249, 259),当向所述磁热元件施加外部磁场时,所述磁热元件产生热量，当从所述磁热元件去除外部磁场时，所述磁热元件吸收热量； 磁场切换器(44，45，5455，254，255)，该磁场切换器在施加和去除之间切换外部磁场；泵(30，530)，当外部磁场施加到磁热元件时，所述泵从磁热元件的低温端(13，12)向磁热元件的高温端(14，11)泵送热传递介质，并且当外部磁场从磁热元件去除时，所述泵从所述高温端(14，11)向所述低温端(13，12)泵送热传递介质；和 辅助热源装置(5，305，405)，所述辅助热源装置将加热元件(7，407)的热量供应到所述磁热元件。
2.根据权利要求I所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述辅助热源装置通过所述热传递介质将所述加热元件的热量供应到所述磁热元件。
3.根据权利要求2所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述辅助热源装置包括热交换器(90，390，490)，所述热交换器将所述加热元件的热量传递到所述热传递介质。
4.根据权利要求3所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述辅助热源装置从位于所述低温端和所述高温端之间的中间位置将所述加热元件的热量供应到所述磁热元件。
5.根据权利要求4所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述辅助热源装置从与所述高温端(11)相邻的位置、而不是从低温端(12)和高温端(11)之间的中间位置(13，14)将所述加热元件的热量供应到所述磁热元件。
6.根据权利要求I所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述磁热元件具有多个元件单元(60-69,260-268),所述多个元件单元分别具有彼此不同的有效温度范围，所述元件单元在所述有效温度范围内具有高磁热效应， 所述多个元件单元以有效温度范围对准的方式串联地布置在高温端和低温端之间，并且 所述辅助热源装置将加热元件的热量供应到所述多个元件单元中的、有效温度范围与加热元件的热量的温度对应的一个元件单元(63,263)。
7.根据权利要求2所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述辅助热源装置将加热元件的热量供应到磁热元件的低温端(12)。
8.根据权利要求I所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述主热源是车辆外部的外部空气，并且所述热负载是车辆内部的内部空气，并且 所述加热元件是逆变器装置(7)，所述逆变器装置向用于驱动车辆的驱动电机供应电力。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的磁热效应型热泵设备，还包括 室外热交换器(4)，所述室外热交换器与所述主热源交换热量； 低温循环通路(16)，所述低温循环通路穿过所述室外热交换器； 室内热交换器(3)，所述室内热交换器与所述热负载交换热量；和 高温循环通路(15)，所述高温循环通路穿过所述室内热交换器，其中当热传递介质从低温端(13)流向高温端(11)时，所述泵将热传递介质从高温端排出到高温循环通路， 当所述热传递介质从高温端(11)流向低温端(13)时，所述泵将热传递介质从高温循环通路吸到高温端， 当所述热传递介质从高温端(14)流向低温端(12)时，所述泵将热传递介质从低温端排出到低温循环通路，并且 当热传递介质从低温端(12)流向高温端(14)时，所述泵将热传递介质从低温循环通路吸到低温端。
10.根据权利要求9所述的磁热效应型热泵设备，其中 所述磁热元件包括 第一部分(49，249)，所述第一部分设置在第一单元(40，240)中，所述第一部分具有高温端(11)和与该高温端(11)相对的中间低温端(13);和 第二部分(59，259)，所述第二部分设置在第二单元(50，250)中，所述第二部分具有低温端(12)和与该低温端(12)相对的中间高温端(14)， 所述磁场切换器包括 第一永磁铁(45)，所述第一永磁铁设置在第一单元中，所述第一永磁铁通过旋转在施加和去除之间切换用于磁热元件的第一部分的外部磁场；和 第二永磁铁(55)，所述第二永磁铁设置在第二单元中，所述第二永磁铁通过旋转在施加和去除之间切换用于磁热元件的第二部分的外部磁场， 当热传递介质在第一单元中从中间低温端(13)流向高温端(11)时，所述泵将热传递介质从高温端排出到高温循环通路， 当热传递介质在第一单元中从高温端(11)流向中间低温端(13)时，所述泵将热传递介质从高温循环通路吸到高温端， 当热传递介质在第二单元中从中间高温端(14)流向低温端(12)时，所述泵将热传递介质从低温端排出到低温循环通路，并且 当热传递介质在第二单元中从低温端(12)流向中间高温端(14)时，所述泵将热传递介质从低温循环通路吸到低温端。
全文摘要
一种磁热效应型热泵设备(2)，包括磁热元件(49，59，249，259)，当向磁热元件施加外部磁场时，所述磁热元件产生热量，当从磁热元件去除外部磁场时，所述磁热元件吸收热量；磁场切换器(44，45，5455，254，255)，使外部磁场的施加和去除相互切换；泵(30，530)，在磁热元件的低温端(13，12)和高温端(14，11)之间泵送热传递介质；和辅助热源装置(5，305，405)，将加热元件(7，407)的热量供应到所述磁热元件。
文档编号F25B21/00GK102759215SQ20121011867
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月20日 优先权日2011年4月25日
发明者八束真一, 守本刚, 渡边直树, 西泽一敏 申请人:株式会社电装