使用磁致热材料的可变热泵的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开的主题大体上涉及热栗，该热栗可以基于所需的热传递的量来可变地采用磁致热材料。
【背景技术】
[0002]常规的制冷技术通常采用热栗，该热栗依靠于流体制冷剂的压缩和膨胀来以循环的方式接收和发射热，以便实现期望的温度变化，或者，即，将热能从一个位置传递到另一个。该循环可用于提供例如热从制冷隔室的接收，和此种热到隔室外部的环境或位置的发射。其他应用包括居住结构或者商业结构的空气调节(加热或冷却)。已开发了可与此种系统中的热栗一起使用的多种不同的流体制冷剂。
[0003]这些常规的热栗系统存在一些难题。虽然已作出了改进，但顶多依赖于流体制冷剂的压缩的热栗系统仍可仅在最大理论卡诺循环效率的大约百分之45或更少下操作。而且，一些流体制冷剂已由于环境顾虑而停用。一些此种基于制冷剂的系统可在其内操作的周围温度范围对于一些位置而言可能是不可实施的。使用流体制冷剂的热栗存在的其他难题也存在。
[0004]磁致热材料(MCM)，即，呈现磁致热效应的材料，为热栗应用提供流体制冷剂的可能的备选方案。大体而言，正常MCM的磁矩将在增大的、在外部施加的磁场下变得更有序，且导致MCM生成热。相反，降低在外部施加的磁场将允许MCM的磁矩变得更无序，且允许MCM吸收热。一些MCM呈现相反的特性，S卩，当移除磁场时生成热，且当被放置到磁场中时变得更冷。该之后的类型可称为逆磁致热材料或超磁致热材料(para-magneto caloricmaterial)。正常和逆MCM在本文中共同地称为磁致热材料或MCM。基于MCM的制冷循环的理论卡诺循环效率的可实现的百分比可显著高于基于流体制冷剂的类似制冷循环。因此，可有效地使用MCM的热栗系统将是有用的。
[0005]MCM的实用且有成本竞争力的应用然而存在难题。除了适合的MCM的开发之外，仍然需要具有吸引力地利用MCM的设备。例如，热栗可能需要的周围状态可显著地变化。例如，对于放置在车库中或者位于无空气调节空间中的制冷器具而言，周围空气的范围可从低于冰点到高于90 °F。一些MCM仅在与此种周围状态存在的相比窄得多的温度范围内能够接受且生成热。而且，不同的MCM可在不同温度下更显著地呈现磁致热效应。
[0006]如在下面进一步描述的，用于提供在例如制冷机应用中需要的冷却的一种途径可以是使用热栗，该热栗具有多种不同MCM(它们具有不同的反应温度)，但以提供所需的总体温度变化的方式使用。然而，由于例如制冷机的内容物在温度方面降低，故使用所有这些不同的MCM可能是低效的。例如，在热栗利用行进穿过MCM的流体以用于热交换的情况下，与使该流体行进穿过所有MCM相关的压力下降当在热栗的操作的不同阶段需要MCM的仅一部分时表现出低效。作为另外的示例，由于用于施加磁场的能量，在热栗操作时使所有的不同MCM始终经受磁场也可能是不必要且因此低效的，
因此，可解决这种难题的热栗系统，诸如上面指出的那些，将是有用的。还可用在例如制冷器具中的此种热栗系统也将是有用的。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种热栗系统，其使用具有不同居里温度范围的MCM的多个级。使用可调节的流体流动路径，由此热传递流体行进穿过的级的数量可取决于例如所需的加热或冷却的量而变化。在某些实施例中，用于激活MCM的磁场可被操纵，以便也调节被激活的MCM的级的数量。这些和其他特征可提高热栗的操作效率。本发明的额外的方面和优点将在下列描述中部分地示出，或可从描述变得明显，或通过本发明的实施而习得。
[0008]在一个示范实施例中，本发明提供热栗，该热栗包括沿预定方向顺序地布置的多个级。级中的各个包括具有居里温度范围的磁致热材料。级布置成以便该多个级的居里温度范围沿该预定方向增大。提供通过热栗的可调节的热传递流体流动路径。该流体流动路径构造成以便热传递流体行进通过的级的数量是可调节的。磁性装置定位为接近该多个级。该磁性装置构造成使该多个级中的一个或更多个经受磁场。
[0009]在另一个示范方面中，本发明提供操作热栗的方法，该热栗包括沿预定方向顺序地布置的多个级。级中的各个包括具有居里温度范围的磁致热材料。级布置成以便该多个级的居里温度范围沿该预定方向增大。该方法包括以下步骤:将流体的流动引导通过该多个级；通过改变流体的流动路径来调节流体流动通过的级的数量；和使级循环到磁场中和磁场外，以便在流体与级中的一个或更多个之间交换热。调节的步骤改变在级与流体之间交换的热的量。
[0010]在又另一示范实施例中，本发明提供热栗系统。热栗系统包括再生器，该再生器限定周向方向，且能够围绕轴向方向旋转，该轴向方向在该再生器的第一端和第二端之间延伸。该再生器包括多个腔，其中各腔沿轴向方向纵向地延伸，具有第一端处的开口，且具有第一孔口，该第一孔口沿各腔的径向最外表面定位。多个腔沿周向方向布置在彼此附近。
[0011]提供多个工作单元，其中各工作单元定位在多个腔中的一个内，且沿轴向方向延伸。各工作单元包括沿轴向方向顺序地布置的多个级。各级包括具有居里温度范围的磁致热材料。多个级布置成以便该多个级的居里温度范围沿该轴向方向增大。
[0012]阀附接至该再生器的第一端。阀包括多个孔口，该多个孔口沿周向方向与彼此间隔开，其中各孔口定位为接近该多个腔中的一个的开口中的一个。外罩限定内部，该再生器被可旋转地接收在该内部中。外罩和再生器能够沿轴向方向相对于彼此移动。外罩限定以相反的方式定位的一对第二孔口。该对第二孔口构造成用于在该再生器相对于外罩旋转时，与多个腔的第一孔口选择性地对齐。
[0013]磁性装置定位为靠近再生器且沿轴向方向延伸。磁性装置定位为以便在再生器围绕轴向方向旋转时，多个工作单元中的一个或更多个移动到磁场中和磁场外。密封件定位为接近阀，且构造为使得再生器和阀能够相对于密封件旋转。该密封件包括一对端口，该对端口相对于彼此以相反的方式定位，且还定位为以便在再生器围绕轴向方向旋转时，各端口可与多个腔的开口中的至少一个选择性地对齐。
[0014]通过参照下列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。并入本说明书并组成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明一起用来说明本发明的原理。
【附图说明】
[0015]对于本领域技术人员而言，本发明的完整和可实践的公开，包括其最佳模式，在参照附图的说明书中阐述，在附图中:
图1提供本发明的制冷器具的示范实施例。
[0016]图2是本发明的示范热栗系统的示意例示，其位于具有机械隔室和至少一个制冷隔室的示范制冷机中。
[0017]图3是热栗的示范实施例的多个级(例如，工作单元)的使用中的各种步骤的示意性图不。
[0018]图4是与在下面进一步说明的MCM的若干级有关的某些数据的标图。
[0019]图5是热栗的另一示范实施例的多个级(例如，工作单元)的使用中的各种步骤的示意性图示。
[0020]图6是本发明的热栗的示范实施例的透视图。
[0021]图7是图6中示出的热栗的示范实施例的分解图。
[0022]图8是图6的示范热栗的截面图。
[0023]图9是图6的示范热栗的另一透视图。
【具体实施方式】
[0024]现在将详细地参照在附图中示出一个或更多个实例的本发明的实施例。各实施例作为本发明的解释，而非本发明的限制来提供。事实上，在本发明中可进行各种更改和变化而不脱离本发明的精神或范畴这点对于本领域专业人员将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生进一步的实施例。因此，意图当更改和变化在所附权利要求和它们的等同物的范围内时，本发明覆盖这种更改和变化。
[0025]现在参考图1，器具制冷机10的示范实施例描绘为直立的制冷机，其具有限定多个内部储存隔室或冷藏腔的柜或壳体12。具体而言，制冷机器具10包括具有门16的上新鲜食物隔室14，和具有上抽屉20和下抽屉22的下冷冻隔室18。抽屉20、22是“拉出”型抽屉，因为它们可被依靠合适的滑动机构而手动地移动到冷冻隔室18中和移动到其外。
[0026]制冷机10仅是作为示例提供的。用于制冷机器具的其他构造也可使用，包括仅具有冷冻隔室、仅具有冷藏隔室、或与图1中所示的不同的它们的其他组合的器具。此外，本发明的热栗和热栗系统不限于器具，且也可用在其他应用中，诸如例如空气调节、电子冷