主动再生加热和冷却的制作方法

基于场活化加热/冷却工艺诸如磁致热、电热和热弹效应的热泵有潜力代替传统的基于制冷剂的加热、通风和空调(HVAC)系统。基于电热效应的装置尤其可能会变为完全呈固态的装置，而不需要活动件来实现高性能(COP)和容量系数。由于所陈述的效应提供相对较小的温度升高，因此可能要应用呈再生热交换器形式的再生来将温升提高至环境控制所需的水平。

随着施加的场的循环，场活化材料以几乎可逆的方式加热和冷却。为了提供空间加热/冷却能力，材料中交替产生的加热或冷却需要基于所述空间内是需要冷却还是加热来以同步方式传递至室内或室外空间。执行这种热切换功能的一种手段是使工作流体平移进入和离开主动元件。如果温度升高对于应用而言是足够的，那么流体完全平移穿过所述单元，而如果需要再生来加大温升，那么所述流体将仅部分平移穿过所述单元。在这种情况下，移动的空气起到再生热存储体的作用。主动装置无论是经受完全流体平移还是部分流体平移在本文中都被称为“再生器”。本发明描述了用于以同步方式控制工作流体在再生器中的运动的手段。

技术实现要素：

一个实施方案涉及一种方法：所述方法包括：获得规范，所述规范包括与加热、通风和空调(HVAC)系统相关联的至少一个要求；并且基于所述规范来配置控制系统以控制流体经过HVAC系统的至少一个再生器装置的来回运动以及所述流体与环境空气的混合。

一个实施方案涉及一种系统，所述系统包括：a加热、通风和空调(HVAC)系统，所述HVAC系统包括至少一个再生器装置；以及控制系统，所述控制系统被配置来控制流体经过至少一个再生器装置的来回运动以及所述流体与环境空气的混合。

以下描述另外的实施方案。

附图说明

本公开通过举例说明并且并不限于附图，在附图中，相似参考数字指示相似元件。

图1是示例性的基于喷射器的线性系统的图；

图2是示例性旋转式压力脉冲系统的图；

图3是包括两个场活化再生器模块的示例性系统的连续的操作阶段的图；

图4是包括场活化再生器模块和泵的示例性系统的图；

图5示出示例性方法的流程图；以及

图6示出示例性计算系统。

具体实施方式

应注意，在以下描述和附图(其内容以引用方式包括在本公开中)中阐述了元件之间的各种连接。应注意，除非另有规定，否则这些连接一般来说可以是直接的或间接的，并且本说明书并不意图在这方面受限制。在这方面，实体之间的联接可以指代直接连接或间接连接。

描述了用于控制热传递流体经过一个或多个再生器的运动并将这种流体与环境空气混合的设备、系统和方法的示例性实施方案。

在一些实施方案中，热传递流体可以是热环境空气和冷环境空气。

在一些实施方案中，与再生器紧密接触的热传递流体可以通过中间热交换器而放弃与环境空气混合。

在一些实施方案中，可以在再生器的冷侧和热侧上提供同步的交替压力振荡。为了提供冷却，可以将冷侧和热侧上的压力同步，以使得所述流体在再生循环的冷却部分期间被推入室内，并且流体在再生循环的加热部分期间被推出室外。这个过程反过来进行提供加热。压力振荡可以通过线性致动器或旋转式风扇设计来实现。

参考图1，示出了在冷却模式下操作的基于喷射器的线性系统100。系统100通过以下方式来实现冷却：关闭冷侧上(例如，室内)的阀102以升高压力，并且将流体流从入口104推入到热泵装置110，诸如电热式热泵(ECHP)装置中。同时打开热侧上(例如，室外)的阀118。接着，打开阀102并且关闭阀118，从而像喷射器那样将流体从入口120和装置110回抽到冷侧。所述机制增强了来自再生器的热流体或冷流体与环境空气的混合，从而确保来自再生器的热流体或冷流体不只是简单地在未混合的情况下被回抽到再生器中。

将切换上述压力水平来进行热泵。

可以在特定相移下将压力振荡与施加至活性材料110的场同步以获得最佳性能，并且可以针对不同容量和温升来改变相移。另外，可以调整压力振荡的持续时间和/或形状来提供流过系统100的正确体积的流体流。

系统100可以基于通过一个或多个风扇的运行(例如，连续运行)产生的压力来操作。压力可以通过阀102和118的状态(例如，打开或关闭的程度)来控制。理想地，阀102和118的设计可以尽可能简单地制造以便于降低成本。

参考图2，示出了在冷却模式下操作的旋转式压力脉冲系统200。系统200可以具有两个旋转式涡轮风扇206和214，再生器220一侧上一个。再生器220在一些实施方案中可以对应于装置110。

冷侧(例如，室内)和热侧(例如，室外)涡轮风扇206和214的叶片相对于彼此可以处于不同相位，并且交替地将流体推拉到再生器220中。叶片可以与电压信号同步。

叶片的形状可以被设计成使得当对再生器220加热时，冷侧叶片可以充当流体的压缩器，而热侧叶片可以充当膨胀器，这可能会导致加热的流体被推出到热侧，如由虚线框252所反映。类似地，当再生器220处于冷却模式时，热侧叶片可以充当压缩器，而冷侧叶片可以充当膨胀器，从而将冷流体推至冷却侧，如由虚线框260所反映。

风扇206和214的叶片可以用于在叶片或风扇附近产生局部压力或压差。可以控制(例如，时间控制)风扇、叶片或轮叶的速度、相位和位置以获得适当的流体的来回运动以及所述流体与环境空气的混合。

参考图3，示出了根据一个或多个实施方案的系统300。系统300可以包括具有连续热流体流和冷流体流的两个再生装置或单元304和312，所述热流体流和冷流体流在两个单元304与312之间交替切换以提供连续的空间加热/冷却。单元304和/或单元312可以对应于装置110和装置220中的一个或多个。

图3中提及了室内空间冷却循环，但是通过简单地将相位移动180度，系统300就可以用于室内空间加热。系统300在用于冷却时可以包括如下文进一步详细所描述的两个模式。

在第一模式(示出于图3中的中心双箭头的左手侧)中，可以使来自室外的热环境流体流320转向进入到单元312中，所述单元312可以经历再生循环的冷却部分。可以将在单元312中冷却下降到室内环境以下的流体推到室内，并且新的热室外流体流320可以进入单元312。同时，可以使冷环境流体流328转向进入到单元304中，所述单元304可以经历再生循环的加热部分。随着新的室内流体流328被带到单元304中，可以将在单元304中高于室外温度的加热流体排到室外。

在第二模式(示出于图3中的中心双箭头的右手侧)中，相对于第一模式可以在单元304与312之间反转流体流320和328。可以使来自室外的热环境流体流320从单元312转向到达单元304，所述单元304现在可以经历再生循环的冷却部分。可以将在单元304中冷却下降到室内环境以下的流体推到室内，并且新的热室外流体流320可以进入单元304。同时，可以使冷环境流体流328转向进入到单元312中，所述单元312可以经历再生循环的加热部分。随着室内流体流328被带到单元312中，可以将在单元312中高于室外温度的加热流体排到室外。

图3的系统300描画了两个再生器装置304和312的使用，所述两个再生器装置304和312相对于彼此在流体经过或通过装置304和312的运动的定向方向上相位(大致上)相差一百八十度。一百八十度的偏差可以表示效率的损失。

参考图3，给定实施方案中可以使用任何数目的再生器装置。所使用的再生器装置的数目可以随着给定应用环境中可能需要的加热或冷却能力的变化而变化。作为添加两个附加装置(例如，第一附加装置304和第二附加装置312)的实例，两个附加装置304和312的组合相对于装置304和312的组合可以在相位相差九十度的情况下操作。

在一些实施方案中，正移位可以与止回阀和通风阀一起使用来通过同步交替的流体泵运来提供再生。在一些实施方案中，泵运机构和止回阀分别可以包括活塞/电磁驱动型膜片以及瓣阀/提升阀。

参考图4，示出了根据一个或多个实施方案的系统400。系统400可以包括再生装置或单元410。装置410可以对应于以下各项中的一项或多项：装置304、装置312、装置220以及装置110。

系统400可以包括任何数目或类型的泵，诸如线性泵、活塞泵等。第一泵404a可以与室内空间或环境相关联，并且第二泵404b可以与室外空间或环境相关联。泵404a和404b可以按不连续的形式或方式操作并且可以用于随时间变化而控制流体流。

泵404a和404b中的每一个可以包括止回阀(示出于图4中的泵的底部)，所述止回阀可以选择性地打开或关闭所述泵的相应的流体入口。泵404a和404b中的每一个可以包括通风阀(示出于图4中的泵的顶部)，所述通风阀可以选择性地打开或关闭所述泵的相应的流体出口。可以控制与泵404a和404b中的每一个相关联的止回阀和通风阀的状态以便于随时间变化而提供受控的流体流。

系统400可以被配置来为室内空间提供加热或冷却。下文出于冷却室内空间的目的描述了图4中标示为#1-4的示例性操作顺序。本领域技术人员将了解到，基于本公开，可以出于加热室内空间的目的来构建类似操作顺序。

在操作#1中，再生元件或装置410可以经历加热循环。可以由泵404a将冷/室内侧流体推向装置410，这可以通过与泵404b相关联的未锁紧的通风阀来将流体推出到热/室外侧。在操作#1期间，可以分别锁紧和关闭与泵404a相关联的通风阀和止回阀。在操作#1期间，可以关闭与泵404b相关联的止回阀。

在操作#2中，可以关闭、切断或收回冷/室内侧流体泵404a。可以打开与泵404a相关联的止回阀以引入冷环境流体。在操作#2期间，可以锁紧与泵404a相关联的通风阀。在操作#2期间，可以锁紧与泵404b相关联的通风阀。在操作#2期间，可以打开或略微打开与泵404b相关联的止回阀。基于两个止回阀在操作#2中是打开的，可以确立整个装置410上的(压)差。

在操作#3中，再生元件或装置410可以经历冷却循环。可以由泵404b将热/室外侧流体推向装置410，这可以通过与泵404a相关联的未锁紧的通风阀来将流体推出到冷/室内侧。在操作#3期间，可以分别锁紧和关闭与泵404b相关联的通风阀和止回阀。在操作#3期间，可以关闭与泵404a相关联的止回阀。

在操作#4中，可以关闭、切断或收回热/室外侧流体泵404b。可以打开与泵404b相关联的止回阀以引入热环境流体。在操作#4期间，可以锁紧与泵404a相关联的通风阀。在操作#4期间，可以锁紧与泵404b相关联的通风阀。在操作#4期间，可以打开或略微打开与泵404a相关联的止回阀。基于两个止回阀在操作#4中是打开的，可以确立整个装置410上的(压)差。

在操作#2中，与泵404b相关联的止回阀在上文中被描述为打开或略微打开。类似地，在操作#4中，与泵404a相关联的止回阀在上文中被描述为打开或略微打开。所提及的止回阀在这类情况下的状态可以是基于对止回阀的被动控制。理想的是，在操作#2中可以关闭与泵404b相关联的止回阀，并且在操作#4中可以关闭与泵404a相关联的止回阀以便于提高所述系统的性能或效率。为了对止回阀提供这种关闭，可以使用相对于使用被动控制而言成本可能更高的主动控制系统。因此，可以在给定应用的性能/效率与成本之间进行折衷。

参考图5，示出了示例性方法500的流程图。方法500可以结合一个或多个系统、部件或装置，诸如本文描述的那些来使用。方法500可以用于对环境诸如室内环境提供加热或冷却。

在方框502中，可以获得规范。规范可以包括与环境相关联的一个或多个要求。例如，规范可以包括与加热、通风和空调(HVAC)系统可能要求提供的容量、负载或温度升高有关的参数。

在方框504中，可以潜在地基于方框502的规范或要求来设计或配置控制系统。控制系统可以被配置来控制流体流在一个或多个再生器装置中的运动以及所述流体流与环境空气的混合。

在方框506中，可以部署HVAC和/或控制系统。作为方框506的部分，可以启动或启用所述系统。

在方框508中，可以监测方框506的系统的性能。作为方框508的部分，可以修改或调节一个或多个参数。例如，可以修改或调节参数来提高系统的效率。可以潜在地基于或响应于用户输入而修改参数以提供不同的气候(例如，更热的室内温度)。

方法500是说明性的。在一些实施方案中，方框或操作(或其部分)中的一个或多个可以是任选的。在一些实施方案中，可以包括未示出的一个或多个方框或操作。在一些实施方案中，方框或操作可以按与所示次序或顺序不同的次序或顺序执行。

图6示出根据一个或多个实施方案的计算系统600。计算系统600可以用作控制系统，诸如用于控制HVAC系统的控制系统。

系统600可以包括一个或多个处理器602和存储器604。存储器604可以存储可执行指令。可以任何方式和任何抽象等级存储或组织可执行指令，诸如结合一个或多个应用程序、过程、例程、程序、方法等。所述指令在被一个或多个处理器602执行时可以致使系统600执行一个或多个方法动作，诸如本文描述的那些。

在一些实施方案中，系统600可以包括逻辑装置，诸如可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)等(图6中未示出)。

系统600可以包括一个或多个输入/输出(I/O)装置606。I/O装置606可以包括以下各项中的一项或多项：键盘或小键盘、触摸屏或触摸面板、显示屏、麦克风、扬声器、鼠标、按钮、遥控器、操纵杆、打印机、电话或移动装置(例如，智能手机)、传感器等。I/O装置606可以被配置来提供接口以允许用户与系统600交互。例如，I/O装置606可以支持图形用户界面(GUI)和/或语音到文本功能。

本公开的实施方案可以用于实现以压缩方式混合的振荡流和整体流。实施方案可以利用任何工作流体，诸如空气来与活性材料直接接触，这提高了简易性和效率；或者可以使用中间热交换器来将接触活性材料的热传递介质与环境空气隔离开来。在一些实施方案中，可以提供区域个人化的空间加热/冷却。本公开的实施方案可以具有几个线性机械移位部件，从而提高给定系统的可靠性和可用性。

本公开的实施方案可以用于主动再生加热/冷却系统，诸如电热和磁致热式热力发生器。本文描述的流体处理还可以应用于例如使用主动再生系统来发电。这类技术可以用于废热回收和初级发电。

如本文所述，在一些实施方案中，各种功能或动作可以在给定位置处发生和/或结合一个或多个设备、系统或装置的操作发生。例如，在一些实施方案中，给定功能或动作的一部分可以在第一装置或位置处执行，并且所述功能或动作的其余部分可以在一个或多个另外的装置或位置处执行。

已就本公开的说明性实施方案描述了本公开的各方面。本领域普通技术人员通过回顾本公开将想到在所附权利要求的范围和精神内的众多其他实施方案、修改和变化。例如，本领域普通技术人员将了解，结合说明性附图所描述的步骤可以按所述次序以外的次序执行，并且所示出的一个或多个步骤可以是任选的。