使用磁致熱材料的可變熱泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的主題大體上涉及熱栗，該熱栗可以基于所需的熱傳遞的量來可變地采用磁致熱材料。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的制冷技術(shù)通常采用熱栗，該熱栗依靠于流體制冷劑的壓縮和膨脹來以循環(huán)的方式接收和發(fā)射熱，以便實現(xiàn)期望的溫度變化，或者，即，將熱能從一個位置傳遞到另一個。該循環(huán)可用于提供例如熱從制冷隔室的接收，和此種熱到隔室外部的環(huán)境或位置的發(fā)射。其他應(yīng)用包括居住結(jié)構(gòu)或者商業(yè)結(jié)構(gòu)的空氣調(diào)節(jié)(加熱或冷卻)。已開發(fā)了可與此種系統(tǒng)中的熱栗一起使用的多種不同的流體制冷劑。
[0003]這些常規(guī)的熱栗系統(tǒng)存在一些難題。雖然已作出了改進(jìn)，但頂多依賴于流體制冷劑的壓縮的熱栗系統(tǒng)仍可僅在最大理論卡諾循環(huán)效率的大約百分之45或更少下操作。而且，一些流體制冷劑已由于環(huán)境顧慮而停用。一些此種基于制冷劑的系統(tǒng)可在其內(nèi)操作的周圍溫度范圍對于一些位置而言可能是不可實施的。使用流體制冷劑的熱栗存在的其他難題也存在。
[0004]磁致熱材料(MCM)，即，呈現(xiàn)磁致熱效應(yīng)的材料，為熱栗應(yīng)用提供流體制冷劑的可能的備選方案。大體而言，正常MCM的磁矩將在增大的、在外部施加的磁場下變得更有序，且導(dǎo)致MCM生成熱。相反，降低在外部施加的磁場將允許MCM的磁矩變得更無序，且允許MCM吸收熱。一些MCM呈現(xiàn)相反的特性，S卩，當(dāng)移除磁場時生成熱，且當(dāng)被放置到磁場中時變得更冷。該之后的類型可稱為逆磁致熱材料或超磁致熱材料(para-magneto caloricmaterial)。正常和逆MCM在本文中共同地稱為磁致熱材料或MCM?；贛CM的制冷循環(huán)的理論卡諾循環(huán)效率的可實現(xiàn)的百分比可顯著高于基于流體制冷劑的類似制冷循環(huán)。因此，可有效地使用MCM的熱栗系統(tǒng)將是有用的。
[0005]MCM的實用且有成本競爭力的應(yīng)用然而存在難題。除了適合的MCM的開發(fā)之外，仍然需要具有吸引力地利用MCM的設(shè)備。例如，熱栗可能需要的周圍狀態(tài)可顯著地變化。例如，對于放置在車庫中或者位于無空氣調(diào)節(jié)空間中的制冷器具而言，周圍空氣的范圍可從低于冰點(diǎn)到高于90 °F。一些MCM僅在與此種周圍狀態(tài)存在的相比窄得多的溫度范圍內(nèi)能夠接受且生成熱。而且，不同的MCM可在不同溫度下更顯著地呈現(xiàn)磁致熱效應(yīng)。
[0006]如在下面進(jìn)一步描述的，用于提供在例如制冷機(jī)應(yīng)用中需要的冷卻的一種途徑可以是使用熱栗，該熱栗具有多種不同MCM(它們具有不同的反應(yīng)溫度)，但以提供所需的總體溫度變化的方式使用。然而，由于例如制冷機(jī)的內(nèi)容物在溫度方面降低，故使用所有這些不同的MCM可能是低效的。例如，在熱栗利用行進(jìn)穿過MCM的流體以用于熱交換的情況下，與使該流體行進(jìn)穿過所有MCM相關(guān)的壓力下降當(dāng)在熱栗的操作的不同階段需要MCM的僅一部分時表現(xiàn)出低效。作為另外的示例，由于用于施加磁場的能量，在熱栗操作時使所有的不同MCM始終經(jīng)受磁場也可能是不必要且因此低效的，
因此，可解決這種難題的熱栗系統(tǒng)，諸如上面指出的那些，將是有用的。還可用在例如制冷器具中的此種熱栗系統(tǒng)也將是有用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種熱栗系統(tǒng)，其使用具有不同居里溫度范圍的MCM的多個級。使用可調(diào)節(jié)的流體流動路徑，由此熱傳遞流體行進(jìn)穿過的級的數(shù)量可取決于例如所需的加熱或冷卻的量而變化。在某些實施例中，用于激活MCM的磁場可被操縱，以便也調(diào)節(jié)被激活的MCM的級的數(shù)量。這些和其他特征可提高熱栗的操作效率。本發(fā)明的額外的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下列描述中部分地示出，或可從描述變得明顯，或通過本發(fā)明的實施而習(xí)得。
[0008]在一個示范實施例中，本發(fā)明提供熱栗，該熱栗包括沿預(yù)定方向順序地布置的多個級。級中的各個包括具有居里溫度范圍的磁致熱材料。級布置成以便該多個級的居里溫度范圍沿該預(yù)定方向增大。提供通過熱栗的可調(diào)節(jié)的熱傳遞流體流動路徑。該流體流動路徑構(gòu)造成以便熱傳遞流體行進(jìn)通過的級的數(shù)量是可調(diào)節(jié)的。磁性裝置定位為接近該多個級。該磁性裝置構(gòu)造成使該多個級中的一個或更多個經(jīng)受磁場。
[0009]在另一個示范方面中，本發(fā)明提供操作熱栗的方法，該熱栗包括沿預(yù)定方向順序地布置的多個級。級中的各個包括具有居里溫度范圍的磁致熱材料。級布置成以便該多個級的居里溫度范圍沿該預(yù)定方向增大。該方法包括以下步驟:將流體的流動引導(dǎo)通過該多個級；通過改變流體的流動路徑來調(diào)節(jié)流體流動通過的級的數(shù)量；和使級循環(huán)到磁場中和磁場外，以便在流體與級中的一個或更多個之間交換熱。調(diào)節(jié)的步驟改變在級與流體之間交換的熱的量。
[0010]在又另一示范實施例中，本發(fā)明提供熱栗系統(tǒng)。熱栗系統(tǒng)包括再生器，該再生器限定周向方向，且能夠圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)，該軸向方向在該再生器的第一端和第二端之間延伸。該再生器包括多個腔，其中各腔沿軸向方向縱向地延伸，具有第一端處的開口，且具有第一孔口，該第一孔口沿各腔的徑向最外表面定位。多個腔沿周向方向布置在彼此附近。
[0011]提供多個工作單元，其中各工作單元定位在多個腔中的一個內(nèi)，且沿軸向方向延伸。各工作單元包括沿軸向方向順序地布置的多個級。各級包括具有居里溫度范圍的磁致熱材料。多個級布置成以便該多個級的居里溫度范圍沿該軸向方向增大。
[0012]閥附接至該再生器的第一端。閥包括多個孔口，該多個孔口沿周向方向與彼此間隔開，其中各孔口定位為接近該多個腔中的一個的開口中的一個。外罩限定內(nèi)部，該再生器被可旋轉(zhuǎn)地接收在該內(nèi)部中。外罩和再生器能夠沿軸向方向相對于彼此移動。外罩限定以相反的方式定位的一對第二孔口。該對第二孔口構(gòu)造成用于在該再生器相對于外罩旋轉(zhuǎn)時，與多個腔的第一孔口選擇性地對齊。
[0013]磁性裝置定位為靠近再生器且沿軸向方向延伸。磁性裝置定位為以便在再生器圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)時，多個工作單元中的一個或更多個移動到磁場中和磁場外。密封件定位為接近閥，且構(gòu)造為使得再生器和閥能夠相對于密封件旋轉(zhuǎn)。該密封件包括一對端口，該對端口相對于彼此以相反的方式定位，且還定位為以便在再生器圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)時，各端口可與多個腔的開口中的至少一個選擇性地對齊。
[0014]通過參照下列描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。并入本說明書并組成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與說明一起用來說明本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0015]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的完整和可實踐的公開，包括其最佳模式，在參照附圖的說明書中闡述，在附圖中:
圖1提供本發(fā)明的制冷器具的示范實施例。
[0016]圖2是本發(fā)明的示范熱栗系統(tǒng)的示意例示，其位于具有機(jī)械隔室和至少一個制冷隔室的示范制冷機(jī)中。
[0017]圖3是熱栗的示范實施例的多個級(例如，工作單元)的使用中的各種步驟的示意性圖不。
[0018]圖4是與在下面進(jìn)一步說明的MCM的若干級有關(guān)的某些數(shù)據(jù)的標(biāo)圖。
[0019]圖5是熱栗的另一示范實施例的多個級(例如，工作單元)的使用中的各種步驟的示意性圖示。
[0020]圖6是本發(fā)明的熱栗的示范實施例的透視圖。
[0021]圖7是圖6中示出的熱栗的示范實施例的分解圖。
[0022]圖8是圖6的示范熱栗的截面圖。
[0023]圖9是圖6的示范熱栗的另一透視圖。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)在將詳細(xì)地參照在附圖中示出一個或更多個實例的本發(fā)明的實施例。各實施例作為本發(fā)明的解釋，而非本發(fā)明的限制來提供。事實上，在本發(fā)明中可進(jìn)行各種更改和變化而不脫離本發(fā)明的精神或范疇這點(diǎn)對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員將是顯而易見的。例如，作為一個實施例的一部分示出或描述的特征可與另一實施例一起使用以產(chǎn)生進(jìn)一步的實施例。因此，意圖當(dāng)更改和變化在所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)時，本發(fā)明覆蓋這種更改和變化。
[0025]現(xiàn)在參考圖1，器具制冷機(jī)10的示范實施例描繪為直立的制冷機(jī)，其具有限定多個內(nèi)部儲存隔室或冷藏腔的柜或殼體12。具體而言，制冷機(jī)器具10包括具有門16的上新鮮食物隔室14，和具有上抽屜20和下抽屜22的下冷凍隔室18。抽屜20、22是“拉出”型抽屜，因為它們可被依靠合適的滑動機(jī)構(gòu)而手動地移動到冷凍隔室18中和移動到其外。
[0026]制冷機(jī)10僅是作為示例提供的。用于制冷機(jī)器具的其他構(gòu)造也可使用，包括僅具有冷凍隔室、僅具有冷藏隔室、或與圖1中所示的不同的它們的其他組合的器具。此外，本發(fā)明的熱栗和熱栗系統(tǒng)不限于器具，且也可用在其他應(yīng)用中，諸如例如空氣調(diào)節(jié)、電子冷