[发明专利]制冷设备和制冷方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷设备和制冷方法。

背景技术

在制冷机中使用磁热材料是公知的。实际上，在我们的未决专利申请No. PCT/EP2005/013654中详细描述了制造在制冷机中使用的磁热元件的适宜方 法。在磁制冷机中，使用了所谓的活性磁再生(active magnetic regeneration， AMR)周期，在该周期内通过磁热材料制成的活性再生器对工作液或制冷剂 进行重复加热和冷却。

活性再生器被暴露以改变磁场，该磁场使得活性再生器与任意时刻施加的 场强相关联地加热和冷却。该工作液热连接至活性再生器并且通过使用热侧和 冷侧热交换器，可以进行制冷。

为了充分利用磁热效应，需要使用高磁场，例如高于0.5特斯拉。此外， AMR周期的频率必须足够高以具有显著的制冷功率，例如频率约为1Hz。磁 场源通常是AMR设备中最贵的元件，并且为了确保磁场源的最优使用，优选 地，在设备操作过程中应该持续使用磁场存在的容积(volume)。

对于磁制冷机提出了各种设计和配置。在WO-A-2005/095872中描述了一 个这样的例子。这个申请描述了包括磁热材料的加热器。该系统包括以圆形结 构布置并且通过包含流动冷冻剂的管道交叉的磁热元件。该申请陈述了该设备 可以用于回火、冷却、加热、保存、烘干以及空气调节。在EP-A-1736717、 WO-A-02/12800和US-A-2005/120720中描述了磁制冷机的其他例子。

然而，期望对这样的设备进行改进以允许通过充分利用磁场容积和活性再 生器来进行高频、连续的操作。在液体流中的压力损耗也应该尽可能地小。此 外，期望简化原来设备的液体流控制系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种制冷设备，包括：磁场源；磁热床， 磁场源和磁热床中的一个被布置以围绕另一个，磁热床被布置用于关于磁场源 相对旋转，使得在所述相对旋转过程中，由磁热床的部件经历的磁场变化；在 磁热床内形成的多个路径，用于在所述相对旋转过程中工作流在磁热床和永磁 铁之间的流动。优选地，流分配器放置在磁热床的每一端，用于控制在操作周 期中能够接收工作流的磁热床的部件。

由于磁场源和磁热床中的一个被设置为实质上围绕另一个，即，它们具有 实质上相同的纵向轴，或者它们是实质上同轴或同心的，两个的元件的相对旋 转以及磁场源的配置一起使得将连续变化的磁场在相对旋转的周期上施加到 磁热床的每一部分或部件。优选地磁场源是静止的并且磁热床围绕磁场源旋 转。换句话说，磁场源可以形成杆，圆柱形的磁热床可以围绕该杆旋转。当然 也可以相反地布置。

应该理解到制冷设备也可以被用作热泵。在使用中，设备在一端变热以及 在另一个变冷。当用作制冷机时，热端与周围环境保持接触，并且冷端被用于 制冷。可替换地，设备可以用作热泵，其中冷端与周围环境保持接触并且热端 用于加热。

优选地，磁热床和磁场源的每一个实质上是圆柱形的，使得一个圆柱形可 以被布置在另一个圆柱形内部，用于关于实质上共享的纵向轴在二者之间进行 相对旋转。

在实施例中，制冷设备包括：具有纵向轴的磁场源；圆柱形形式的磁热元 件，具有实质上平行于磁场源的纵向轴的纵向轴，磁热元件被布置为围绕它的 纵向轴关于磁场源相对旋转，使得在所述相对旋转过程中，由磁热元件的部件 经历的磁场变化；在磁热元件内形成的多个路径，用于在相对旋转过程中工作 流在磁热元件和磁场源之间的流动；以及一个或多个流分配器，允许工作流的 均匀流动。

在优选实施例中，磁场源是永磁铁或永磁铁组件或与一个或多个电磁铁或 螺线管组合的永磁铁组件。磁场源被设计为实质上具有沿着圆柱形磁热床的等 距圆弧部分限定的所有磁场强度。根据需要的AMR频率和床的旋转频率的比 率，源可以是双极或具有更多数目的极(四极、八极等)。

制冷设备提供了旋转磁制冷装置，该装置通过旋转运动对磁热床进行磁化 和消磁，并且可以在磁场源相对于磁热床的旋转周期上连续操作。由此，在一 个特定实施例中，该设备是连续可变频率磁冷却装置，该装置可以通过围绕永 磁铁组件同心放置的圆柱形磁热床的旋转运动来对热磁床进行磁化和消磁。