[发明专利]具有连续泵的磁致热装置

说明书

技术领域

本发明总体上涉及使用磁致热材料与循环的传热流体进行热交换的热泵系统。

背景技术

传统致冷技术通常使用依赖于压缩和膨胀流体致冷剂的热泵来以循环方式接收和排出热量，从而提供所需的温度变化，或者也就是说，将热能从一个位置迁移到另一个位置。例如，此循环可用于从冷藏室接收热量并且将此热量排放到环境或者此冷藏室外部的某个位置中。其他应用包括住宅或商业结构的空气调节。所属领域中已开发出可与热泵一起用于该类系统中的各种不同的流体致冷剂。

尽管已对该类依赖于压缩流体致冷剂的热泵系统做出各种改进，但是这样最多也只能以最大理论卡诺循环效率的约45％或以下工作。此外，已由于环境问题而停止使用一些流体致冷剂。对于某些地点而言，可能无法达到适于特定基于致冷剂的系统工作的环境温度范围。使用流体致冷剂的热泵也存在其他问题。

磁致热材料(MCM)-即，提供磁致热效应的材料-为热泵应用提供了流体致冷剂的一种潜在替代方案。通常，MCM的磁矩将在不断增大的外加磁场下变得更为有序，从而致使MCM生热。相反，减小外加磁场可使MCM的磁矩变得更加无序，从而致使MCM吸热。一些MCM呈现相反特性，即，磁场移除时生热(有时称为“逆磁致热材料”，但是这两种类型的特性统一称为磁致热材料或MCM)。基于MCM的致冷循环的理论卡诺循环效率可以显著高于基于流体致冷剂的可比致冷循环。因此，可有效使用MCM的热泵系统较为实用。

但是问题在于如何实际、具备成本竞争力地使用MCM。除了开发适当的MCM之外，仍然需要使用能够有吸引力地使用MCM的设备。应实现MCM的吸热和排热，优选地以连续的方式进行，从而设备不以低效的启动和停止模式运行。现有技术中的设备可能需要相对较大且成本高昂的磁铁，因此可能不适于用于致冷设备等应用中，并且可能无法以符合资金成本的足够高效率运行。

此外，如上所述，热泵所需的环境条件可能显著不同。例如，对于置于车库或位于非空调空间中的致冷设备而言，环境温度可能在从冰点以下到90°F以上的范围内。相对于这些环境条件所能提供的温度范围而言，一些MCM只能在更窄的温度范围内生热和吸热。

因此，需要使用能够解决上述问题等特定挑战的热泵系统。同时还需要使用还可能用于致冷设备等应用中的热泵系统。

发明内容

本发明提供了一种热泵系统，所述热泵系统具有置于连续旋转的回热器中的磁致热材料。所述磁致热材料分级设置，以便随着所述回热器的旋转，所述材料的一部分以连续方式循环地进出磁场。传热流体同时地沿至少两条通路循环穿过所述磁致热材料，以便以循环方式与所述材料之间进行传热。所述磁致热材料可以包括多个区域，这些区域对所述磁场做出响应的温度范围不同。本发明还提供了一种使用基于磁致热材料的热泵系统的设备。所述热泵还可以用于加热、冷却或者这两者的其他应用中。以下说明将部分阐明本发明的其他方面和优势，或者，这些方面和优势在说明书中可能是显而易见的，或者可通过实践本发明习得。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种热泵系统，所述热泵系统包括回热器外壳，所述回热器外壳限定周向并且可围绕轴向旋转，所述轴向延伸在所述回热器外壳的第一端与第二端之间。所述回热器外壳包括多个腔，每个腔沿所述轴向纵向延伸在一对开口之间。所述多个腔沿所述周向彼此邻近地布置。提供了多个级，每个级包括磁致热材料，所述磁致热材料设置在所述多个腔中的一个腔内并且沿所述轴向延伸。

此示例性实施例进一步包括一对阀，其中第一阀附接到所述回热器外壳的所述第一端，第二阀附接到所述回热器外壳的所述第二端。所述第一阀和第二阀各自包括多个小孔，所述小孔沿所述周向彼此隔开，每个小孔置于与所述多个腔中的一个腔的所述开口对中的一个开口相邻的位置处。磁性元件置于所述回热器外壳附近并且沿所述轴向延伸。所述磁元件产生磁场并且设置成使所述多个级中的一部分级随着所述回热器外壳围绕所述轴向的旋转移进和移出所述磁场。

此示例性系统还包括一对密封件，其中第一密封件设置成与所述第一阀相邻并且第二密封件设置成与所述第二阀相邻，以使所述回热器外壳以及所述阀对能够相对于所述密封件对旋转。所述第一密封件和所述第二密封件各自包括以彼此相对的方式设置的一对进出口，所述进出口还设置成使得每个进出口可以随着所述回热器外壳围绕所述轴向旋转，选择性地与所述多个腔的所述开口对中的至少一个开口对齐。