[发明专利]磁热热发生器及其热交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁热热发生器，该热发生器包括：至少一带有热端部和冷端部的热模块，热模块包括至少一磁热元件；磁装置，磁装置用于使每个磁热元件承受可变的磁场，从而交替地在所述磁热元件中产生加热阶段和冷却阶段；载热流体的驱动部件，其驱动载热流体与所述磁热元件热接触，和以与磁场变化同步的方式驱动载热流体交替地朝端部之一然后朝另一端部的方向以及相反地进行流动；和至少一热交换部件，其使所述热模块产生的热能与在所述热发生器外部的至少一外部装置进行交换。

本发明还涉及交换上面定义的热模块所产生的热能的交换方法。

背景技术

二十多年以来，磁致冷技术已为人所知，并且了解它在生态和可持续发展方面带来的优点。还了解它在其有效热功率和其效率方面的局限性。自此，在该领域中进行的研究全都趋向于通过调整不同参数如磁化功率、磁热元件的性能、载热流体与磁热元件之间的交换面积、热交换器的性能等，来提高这种热发生器的性能。

热交换器的作用是传递或交换热发生器产生的热能，并且该热能通过载热流体被传输给一个或多个外部应用的另一流体(液体或气体)，而不使这些流体混合。这些外部应用可以是热发生器周围的空气，如集成在外部应用中的管形热装置、热围障或任何其它寻求对介质进行制冷、空调、控温或加热的应用。

已知的磁热热发生器包括由载热流体交替地从一侧到另一侧穿过的一些磁热元件。在已知的第一构型中，使该载热流体在与磁热元件的第一端连通的第一小室与同磁热元件的第二端连通的第二小室之间交替流动，一热交换器与每个所述小室流体连接。使用不同的阀，以根据磁热周期把载热流体引到所述热交换器中。在第二构型中，每个小室与集成在一液压环路中的一交换器流体连接。

在上述第一构型中，在加热阶段或冷却阶段的过程中，载热流体交替地在两个小室之间移动，并且在每次载热流体从磁热元件出来和每次载热流体进入磁热元件中时，载热流体穿过外部应用的热交换器。因此，该构型需要提供很大能量，以使载热流体往复移动穿过所有运动构件和连接外部应用的热交换器与磁热元件的所有管子、管道和接头，在每次改变流动方向时，应克服所述流体和运动构件的惯性。另外，当载热流体改变方向以被重新引入穿过磁热元件时，热交换器与载热流体之间的热传递没有完成，特别在持续时间非常短的、因此以高的流体速度或高频率的阶段的情况下尤其如此。因此，载热流体不具有使其能够实现与磁热元件的最佳热交换的入口温度。

在所述第二构型中，在载热流体流出磁热元件的出口与载热流体和热交换器的传递区之间失去载热流体热能的一部分。

发明内容

本发明旨在通过提出对上述问题的解决方案来克服这些缺点。为此，实施根据本发明的磁热热发生器，以使热发生器与所述外部应用之间的热能传递得到优化。

因此，本发明涉及前言中所指出类型的磁热热发生器，其特征在于，所述载热流体的驱动部件在具有恒定容积的封闭流体回路中，通过所述热交换部件与所述热模块的冷端部和热端部流体连接；并且，所述热交换部件包括两个交换区，这两个交换区互相区分开、并联连接并设有载热流体流动方向控制部件，使得载热流体只在单一流动方向上交替地穿过每个所述交换区。

本发明的目标还在于通过至少一热交换部件与至少一外部装置交换由根据本发明的热发生器所产生的热能的交换方法，所述热发生器包括至少一设有两端部的热模块，载热流体穿过热模块，并且热模块包括至少一磁热元件，磁热元件承受可变的磁场，从而使磁热元件承受相继的加热阶段和冷却阶段，所述载热流体通过载热流体的驱动部件，以交替的和与磁场变化同步的方式，朝所述端部中的一端部或另一端部的方向以及相反地，穿过每个磁热元件流动。该方法的特征在于，在容积恒定的封闭流体回路中，通过与热交换部件连接的驱动部件，在每个运行阶段使载热流体在所述磁热元件中逐步地移动；并且，在包括一加热阶段和冷却阶段的每个磁热周期，在每个热交换部件的相继两个交换区中，交换所述热发生器在每个运行周期所产生的并且通过所述载热流体传输的热能。

这样，在每个冷却或加热阶段，从所述端部的其中一端部出来的载热流体穿过所述热交换部件的第一交换区被引向驱动部件，并且在每下一个加热或冷却阶段，所述驱动部件的载热流体穿过所述热交换部件的第二交换区被引向该相同端部，使得从所述端部出来的每个流体部分在每个阶段变化时，朝驱动部件的方向穿过第一交换区或者朝相同端部的方向穿过第二交换区，逐步地移动，而在回路或管路的相同部分中绝不会出现混合也不会按相反方向移动。