[发明专利]磁热式热发生器及其冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁热式热发生器，其包含通过称作初级流体的载 热流体流体地连接磁热部件的至少一个初级回路，所述初级流体根据 往复交替运动流通，所述磁热部件经受磁系统的变化的磁场，所述磁 系统在各磁热部件内交替地产生加热磁阶段和冷却磁阶段，在本发生 器中，初级回路包含冷侧和热侧，磁热部件在所述冷侧和热侧彼此流 体地连接。

本发明还涉及一种通过磁热式热发生器冷却称作次级流体的流体 的冷却方法。

背景技术

自从三十多年前以来，已知在环境温度进行磁冷的技术，并且知 道该技术在环境保护以及可持续发展方面带来的优点。同样已知该技 术关于其有效热功率及其效率的局限性。从那时起，本领域内所进行 的研究全部倾向于通过调整不同参数来改善此种发生器的性能，所述 不同参数诸如磁化功率、磁热部件的性能、载热流体和磁热部件之间 的交换面积、热交换器的性能等。

这些热发生器利用一些材料的磁热效应(EMC)，磁热效应包括 当所述材料经受变化的磁场时其温度的变化。在此种发生器中，磁热 材料经受磁化和消磁的相继磁阶段，并且与称作初级流体的载热流体 的热交换被实现从而因此收集由所述材料产生的热能量并且在这些材 料内达到尽可能大的温度变化(温度梯度)。为此，初级流体的流通 被交替并且该初级流体在穿过磁热材料的管道或孔中流通。磁热循环 包括两个阶段，即：磁化阶段和消磁阶段，这两个阶段由在各阶段可 用的能量表示。该循环被重复直到数赫兹的频率。在这些阶段中，初 级流体流遍磁热材料，所述初级流体将在称作磁化的阶段时通过接触 材料而变热，或者在称作消磁的阶段通过接触材料而冷却。与所述材 料的熵变化相对应的磁热效应，在材料的温度最接近其居里温度时是 最大的。

然而，磁热式热发生器必须能够使其产生的热能量与至少一个外 部应用交换。此交换一般由一个或多个热交换器实现，热交换器的目 的为释放或与所述磁热式热发生器外部的一个或多个应用交换由所述 热发生器产生的热能量。这些外部应用例如可以是环境空气、热发生 器、热设备或热壳。

在传统配置中，磁热式热发生器的磁热部件在热侧通过热交换器 彼此相连接，并且以对称的方式，磁热部件在冷侧同样通过热交换器 彼此相连接。然而，经验表明，此种配置有局限性。

该局限性尤其是利用热发生器的冷侧时的情况。实现与具有相对 于初级流体温度的大温度偏差的次级回路或应用的热交换的事实，其 具有显著加热发生器的冷侧并且降低其热效率的结果。换句话说，在 发生器中建立的热梯度被降级，使得由磁热效应产生的功率的一部分 必须被用于重新建立该梯度，并且因此，这部分功率将不能被一个或 多个外部应用所利用或使用。

同地样，当利用磁热式热发生器的热侧时，存在冷却发生器的热 侧以及降低其热效率的风险。

为了以最优方式利用热发生器的功率，因此需要优化初级回路及 次级回路之间的热交换的特征。

发明内容

本发明旨在通过提出上述问题的解决方案来避免这些缺点。为此， 实现根据本发明的磁热式热发生器使得：在热发生器和待冷冻、冷却 或加热的一个或多个外部应用之间的热能量传递被优化，以便对建立 在磁热式热发生器中的热梯度以及对其热功率产生尽可能小的影响。 本发明同样为了目的为尤其适于在次级回路中流通的流体的持续冷却 的磁热式热发生器。

为此，本发明提出开始部分指出的类型的磁热式热发生器，其特 征在于，初级回路的所述热侧和冷侧中的至少一侧包含至少一个输出 点，所述输出点通过至少一个分流管连接到该初级回路的另一个点， 称作注入点，所述分流管准许初级流体仅从输出点向注入点在一个方 向上位移。

在优选的实施方式中，磁热部件可以被分布在至少两个级中，并 且所述级中的一个级的磁热部件可在冷侧彼此流体连接，并且所述级 中的另一个级的磁热部件在热侧可以彼此流体连接。

在第一变型中，相连的两个级的磁热部件可以总是处于相反的磁 阶段中。在另一个变型中，相连的两个级的磁热部件可以总是处在相 同的磁阶段中。

根据本发明，分流管可以通过至少一个热交换区热连接到次级回 路。

此外，所述热交换区可以被设计用于实现初级流体与所述次级回 路的次级流体之间的相反流动、同向流动或交叉流动的位移。

该分流管可以有利地包括调整该分流管中流通的初级流体的流量 的调整设备。

在一个实施方式中，所述至少一个输出点位于初级回路的冷侧中。 在此模式中，该注入点可以位于初级回路的热侧中。