[发明专利]磁热泵设备

说明书

技术领域

本公开涉及一种磁热泵设备，其中磁性工作材料的磁热效应被用于该磁热泵设备。

背景技术

磁热泵设备在现有技术中是公知的，例如，如法国专利出版物第2943406号中所公开的，根据该专利出版物，磁性工作材料的磁热元件磁性地并且周期性地被操作或从其磁性操作被释放，冷却流体交替地移动到高温室和低温室(该高温室和低温室设置在磁热元件的两侧)，使得冷却流体与磁热元件的磁场施加阶段或磁场释放阶段同步地通过磁热元件，并从而执行热传递。根据这种现有技术，通过磁热元件的冷却流体的流动方向在磁场施加阶段和磁场释放阶段是反向的，使得冷却流体以往复方式连续流动。

上述现有技术没有公开要被施加到磁热元件的磁场的增加-减小率和冷却流体的流动速度之间的关系。问题在于磁热泵设备的操作条件不同于卡诺循环(卡诺循环是理想的热循环中的一个)，并因此不能实现充分高的操作效率。

本公开的发明人已经发现当将磁场的增加或减小的变化率与冷却流体(加热介质)的流动速度之间的关系控制在预定范围内时可以在等温条件下增加或减小施加到磁热元件的磁场，并因此减小与理想热循环的差距。

发明内容

考虑到上述多个问题形成本公开。本公开的一个目的是提供一种磁热泵设备，根据该磁热泵设备，磁热泵设备的操作效率增加。

根据本公开的特征，磁热泵设备具有磁制冷装置，该磁制冷装置包括：

(a)容器装置，所述容器装置具有用于容纳磁性工作材料的工作室，所述磁性工作材料具有磁热效应，其中热介质通过工作室；

(b)磁场控制单元，用于改变要被施加到磁性工作材料的磁场的强度；和

(c)热介质移动装置，用于使热介质在工作室中移动，使得热介质在工作室的第一轴向端部与第二轴向端部之间往复运动。

磁热泵设备还具有：

散热装置，用于将第二轴向端部侧的热介质中所含有的热量散发到散热装置的外部；和

吸热装置，用于将热量从吸热装置的外部吸收到在第一轴向端部侧的热介质中。

在上述磁热泵设备中，磁热泵设备的热泵循环包括被重复执行的以下第一步骤至第四步骤：

(i)增加磁性工作材料的温度的第一步骤；

(ii)通过磁场控制单元增加要被施加到在第一步骤中温度被增加的磁性工作材料的磁场的强度的第二步骤，其中热介质通过热介质移动装置从第一轴向端部移动到第二轴向端部；

(iii)在第二步骤之后降低磁性工作材料的温度的第三步骤；和

(iv)通过磁场控制单元减小施加到在第三步骤中温度被降低的磁性工作材料的磁场的强度的第四步骤，其中热介质从第二轴向端部移动到第一轴向端部。

此外，在以上磁热泵设备中，在吸热装置中吸收的热量从散热装置被散发。

热介质移动装置和磁场控制单元被同步，使得在第二步骤和第四步骤中，当通过热介质移动装置进行的移动速度越高时，通过磁场控制单元进行的要被施加到磁性工作材料的磁场的强度的变化率越大。

根据上述特征，在第二步骤中，热介质移动装置将热介质从第一轴向端部移动到第二轴向端部。另外，磁场控制单元改变要被施加到磁性工作材料的磁场，使得当热介质的移动速度增加时，磁场的增加速率变大。

因此，当热介质的移动速度变得越高时，要被施加到磁性工作材料的磁场的增加速率越大，从而可以有效地执行从磁性工作材料到热介质的热传递。因此，在磁性工作材料中产生的热量(热能量)变大。根据这种特征，在第二步骤中，可以保持磁性工作材料处于几乎等温状态下。

另外，根据上述特征，在第四步骤中，热介质移动装置将热介质从第二轴向端部移动到第一轴向端部。同时，磁场控制单元改变施加到磁性工作材料的磁场，使得当热介质的移动速度增加时，磁场的减小速率变大。

此，当热介质的移动速度变得越高时，要被施加到磁性工作材料的磁场的减小速率变得越大，从而可以有效地执行从热介质到磁性工作材料的热传递。因此，磁性工作材料中的吸热量(产生的冷能量)较大。根据这种特征，在第四步骤中，可以保持磁性工作材料处于几乎等温状态下。

根据上述特征，可以在第二步骤中抑制与热循环的等温激发的理想过程的差距，并且在第四步骤中抑制与热循环的等温去磁的理想过程的差距。因此，可以增加磁热泵设备的操作效率。

上述说明特征可以被进一步概括如下：