CN102165615B - 磁热材料式热发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括至少一热流发生单元(2)的热发生器(1)，热流发生单元设有至少一包括磁热元件(4)的热模块(3)，载热流体穿过磁热元件，热发生器还包括磁装置(9)，使磁装置运动以使每个磁热元件(4)交替承受磁场变化，载热流体的交替移动与磁场变化同步，其特征在于，所述磁热元件(4)被集成在连接所述磁热元件(4)的两个相对端部(7)的封闭回路(6)中，并且所述封闭回路包括使载热流体移动穿过磁热元件(4)的单一移动部件(5)。

Description

磁热材料式热发生器

技术领域

本发明涉及包括至少一热流发生单元的磁热材料式热发生器，热流发生单元设有至少一包括磁热元件的热模块，载热流体穿过所述磁热元件，在所述磁热元件的两侧按交替移动的方式被驱动流动，所述热发生器还包括磁装置，使磁装置运动以使所述磁热元件交替地承受磁场变化，并且在所述磁热元件中交替地产生加热周期和冷却周期，以使所述磁热元件的两个相对端部之间产生温度梯度，然后保持该温度梯度，载热流体的交替移动与磁场变化同步，磁热元件被包括在连接所述磁热元件的两个相对端部的载热流体循环的封闭回路中，并且所述封闭回路包括使载热流体在两个方向上移动穿过磁热元件的单一移动部件。

背景技术

超过二十来年来已经知道常温磁冷技术，并且了解这种技术带来的在生态和可持续发展方面的优点。对它的有效热功率和其效率的局限性也有所了解。从那时起，在该领域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热交换面积、热交换器的性能等，来提高这种发生器的性能。

使用一个或多个磁热元件实现发生器的困难之一在于这些磁热元件与使用、消耗热能或与发生器交换热能并与发生器连接的回路之间的热能交换。一种可以实现这种交换的方案在于：与磁热元件所承受的磁场变化同步地使液态或非液态的载热流体穿流过磁热元件；然后实现所述载热流体与所述回路之间的热交换。公开文献WO 03/016794给出了一实施例，其中所述磁热元件在封闭的流体回路中，该流体回路包括在热模块外并需要专门的控制和连接部件的载热流体循环泵。

本申请人在其法国专利申请n°07/07612中提出了一种带有磁热材料的热发生器，其中，使载热流体在磁热元件与称为热室和冷室的两个交换室之间流动。通过与磁热元件相对就位并被与致动器连接的控制凸轮驱动的两组活塞来实现这种流动。

但是，该发生器具有需要致动位于每个磁热元件两侧的两组活塞的两个凸轮所固有的缺点。这导致构成发生器的零件数量增加，更特别的是导致运动零件的数量增加和因此导致运行不良的风险增加，由于凸轮与活塞之间的持久接触而使磨损危险增加，发生器的效率下降。另外，零件数量大还增加了发生器的体积尺寸要求，因此限制了将发生器集成在可用空间较小和有限的环境中的能力。

发明内容

本发明旨在通过提出移动构件的数量减少并且其构型允许大大减小所述发生器体积尺寸的热发生器来克服这些缺点。

为此，本发明涉及前言中提出的热发生器，其特征在于，所述热流发生单元包括磁场封闭构件，磁场封闭构件布置用于使磁装置产生的磁流形成闭路；并且，所述磁场封闭构件配有所述移动部件的控制构件。

可以通过一个或多个连接所述磁热元件的相对端部的管道或通道实现封闭回路。

集成单一移动部件，这允许限制热发生器的零件数量，因此降低发生器的成本。同样，使用发生器运行所需要的、作为允许实现操控载热流体移动部件的构件的构件，也可减少发生器构成零件的数量，另外还可减小发生器的空间需求。

所述移动部件可以是在相应封闭回路中形成的套筒内移动的活塞。

有利的是，磁场封闭构件可由可磁化材料形成，并且与活动的磁装置磁耦合。

在第一实施变型中，控制构件可以是形状基本为正弦曲线的凸轮型部，正弦曲线幅度决定活塞的行程，并且正弦相位与磁热元件的加热周期和冷却周期总体对应。

为此，所述活塞可以包括沟槽，所述凸轮剖面在该沟槽中运行。

在第二实施变型中，所述活塞可包括可磁化材料区，并且与形成控制构件的磁场封闭构件磁耦合。

在第一实施方式中，所述热流发生单元可以设有多个热模块，并且具有圆形结构，在其中磁热元件围绕中心轴线呈圆形布置，磁装置可以被驱动围绕所述中心轴线转动，所述磁热元件可以位于磁热设置与磁场封闭构件之间。

在该构型中，磁场封闭构件可以与所述磁装置磁耦合，并且所述封闭回路和所述活塞的套筒可实现在两个用于组装在一起的圆形零件中，所述两个圆形零件可以相对它们的组装平面基本对称，并且每个圆形零件包括至少一个形成活塞套筒一部分的凹槽和带开放端部的沟槽，该沟槽形成所述凹槽和相应磁热元件之间的连接通道。

根据第二实施方式，所述热流发生单元可以具有线性结构，磁热元件在该结构中排齐，并且磁装置可以被驱动沿所述磁热元件交替平移。

在该实施方式中，磁场封闭构件可以呈轭状形廓，它的两个分支在分支内表面上设有极性相反并形成磁装置的永磁体，控制构件可以呈位于每个活塞的相应槽中的驱动销的形式。

作为变型，磁场封闭构件也可以呈轭状形廓，它的两个分支在分支内表面上设有极性相反并形成磁装置的永磁体，但是所述控制构件可以包括两个极性不同的永磁体，两个永磁体分开并且互相相对布置，活塞可以包括一磁体，该磁体相对于控制构件的永磁体设置，以便被控制构件的每个永磁体推动，因此跟随这些永磁体的移动。因此控制构件的移动带动活塞的移动，而它们之间在磁装置之外没有接触。为此，活塞可以基本位于控制构件的两个永磁体之间，并优选在两个永磁体上方。

为了保证在所述磁热元件的相位改变后实现所述磁热元件与载热流体之间的热交换，所述发生器还可在它的线性构型中包括能够使所述活塞的移动相对于磁装置的移动提前和/或迟后的错开部件。

附图说明

通过下面的参照附图对作为非限定例子给出的实施方式的描述，可以更好地体现本发明和它的优点，附图中：

-图1是符合本发明第一实施方式的圆形构型的热发生器的分解图；

-图2是图1发生器的热模块的透明正视图；

-图3是沿图2的III-III面的剖面图；

-图4是图3的细部B的视图；

-图5是圆形热发生器的一实施变型的分解图；

-图6是图5所示发生器的纵剖面图；

-图7A和7B是符合本发明第二实施方式的线性构型的热发生器在磁装置的两个位置的透视图；和

-图8是图7A的局部剖面图。

具体实施方式

在所示的实施例中，相同零件或相同部分带有相同的参考数字。

图1-6示出符合本发明第一实施方式的热发生器1，其中所述热发生器1的结构为圆形。

图1-4所示的热发生器1包括仅一个热流发生单元2。该热流发生单元设有多个热模块3，每个热模块包括一个磁热元件4，载热流体通过活塞形式的移动部件5穿过所述磁热元件4。由于简化的原因，图1仅示出了一个活塞5。磁热元件4呈圆形地围绕中心轴线A布置，并且磁装置9围绕所述中心轴线A转动，以使磁热元件4承受可变磁场，从而允许在磁热元件中交替地实现加热周期和冷却周期。

磁热元件4是载热流体可渗透的，并且可以由一种或多种磁热材料构成。这些磁热元件包括贯通流体通道，这些通道可以由多孔材料的孔隙、在实心块中机加工出的或通过例如一些叠置的带有沟槽的板组装得到的微型管道或微管道构成。

在每个热模块3中载热流体按往复运动在磁热元件的两侧被移动穿过磁热元件4。为此，所述热模块3还包括用于使载热流体循环的封闭回路6。该回路由连接磁热元件4的两个相对端部7和8的一些管道形成，并包括使载热流体移动、赋予该载热流体往复运动的移动部件5。在所示例子中，移动部件5、50、60是活塞。但是移动部件也能以能赋予载热流体往复运动的任何其它形式如膜体实现。

从所述的所有实施方式可看出，使磁热元件4的两端部7和8流体连接的事实，允许使用单一个移动部件5、50、60以驱动载热流体在两个方向上穿流过磁热元件4。这便于构造符合本发明的热发生器，并且还限制它的体积尺寸，一方面因为需要单一个移动部件5、50、60来使载热流体在每个热模块中流动，另一方面因为这意味着使所述移动部件的单一控制构件布置就位。

热发生器1还包括磁装置9，使所述磁装置投入运动，以使每个磁热元件4交替地承受磁场变化并在所述磁热元件4中交替地产生加热周期和冷却周期，从而在所述磁热元件4的两个相对端部7和8之间产生温度梯度、然后保持该温度梯度，并且载热流体的交替移动与磁场变化同步。

活塞5通过形成控制构件的凸轮型部19在套筒11中被移动，凸轮型部19设在布置用于使磁装置9产生的磁流成闭路的磁场封闭构件30的边侧上。该磁场封闭构件30与所述活塞5的套筒11相对就位。为了使体积最小，活塞5、磁热元件4、磁装置9和磁场封闭构件30整体全都同心地围绕中心轴线A布置。套筒11包括开口17，用以使凸轮型部19在活塞5的对应沟槽18中定位，以便操纵活塞。为此，凸轮型部19的形状基本为正弦曲线形，其幅度决定活塞5的行程而正弦相位总体对应于磁热元件4的加热周期和冷却周期。因此，磁场封闭构件30的转动、因而凸轮型部19的转动，带动活塞5按往复运动移动。该转动通过与磁场封闭构件30磁耦合的磁装置9的转动产生。

为此，磁装置9由磁化部分20和非磁化部分21组装而成，并且磁场封闭构件30实施成可磁化材料如铁制的环的形式，包括与磁化部分20相对就位的凸台或突起22，以允许与磁装置9磁耦合并且因此允许在磁装置9转动时带动磁场封闭构件30转动。尽管所示的磁场封闭构件30包括四个凸台22，但仅一个凸台就足以实现磁耦合。

磁装置9可与致动器(未示出)连接，以便相对磁热元件4转动活动。磁装置9和磁场封闭构件30的同时移动尤其允许避免产生涡电流。磁热元件4位于磁装置9周围，并且在磁装置与磁场封闭构件30之间。因此，磁装置9的移动使磁热元件4承受磁场变化，同时带动磁场封闭构件30移动。

图1-4所示的热发生器1具有小体积尺寸的良好构型，这特别是由于围绕中心轴线A的同心结构，该同心结构由磁装置9、呈环形的磁场封闭构件30、同样同心围绕中心轴线A布置的磁热元件4和最后集成在套筒11中的活塞5形成，套筒11在两个圆形零件12中实现并且也与上述元件同心。因此这种热发生器1可以具有为几厘米的宽度。

两个圆形零件12相对它们的组装平面对称，并且包括形成活塞5的套筒11的一部分的凹槽15和使每个凹槽15与相应磁热元件4流体连接的沟槽16。圆形零件12设置成使凸轮型部19定位于每个活塞5的沟槽18中。圆形零件12的凹槽15和沟槽16可以通过钻孔、穿孔、模制或任何其他类似方法实现，并且构成用于载热流体流动的封闭回路6的一部分。

热发生器1还包括以密封方式封闭圆形零件12的沟槽16的两个保护盖23。

图5和6所示的热发生器100根据所述实施方式的一变型实施，其中所述发生器100的结构为圆形并包括圆形的热流发生单元102。该发生器的构型与图1-4所示发生器1的构型基本相同，因此具有相同的优点，尤其是在体积小的方面。但是，活塞50操控不同。和前面一样，活塞50的控制构件由磁场封闭构件31构成。相反，活塞50配有可磁化材料制的环51，环51与磁场封闭构件31磁耦合并跟随磁场封闭构件的转动而无接触。所述磁场封闭构件31也可包括如图1-4的热发生器1中的凸轮型部的凸轮型部19。但是在此例中，不再需要在每个活塞50中设置一沟槽，磁场封闭构件31通过磁耦合无任何接触地驱动每个活塞50。因此控制构件与活塞50之间没有任何磨损危险。活塞50优选基本为柱形，并且具有可磁化材料区51，该可磁化材料区呈安装在所述活塞50的圆形沟槽中的环的形式。

活塞的任何其它形状也可适合并可确定成减小液力负荷损失。

图7A、7B和8表示符合本发明第二实施方式的热发生器200，其中所述发生器200的结构基本为线性。图8更特别地在剖切部分处表示出载热流体循环的封闭回路6、磁热元件4和活塞60。

热流发生单元202是线性的，磁热元件4排齐。在所示例子中，热发生器200由包括一个热模块3的单一单元202构成。当然，本发明覆盖包括多个热流发生单元的热发生器。单元和热模块的数量根据热发生器的功率确定。

磁场封闭构件32具有为轭状型廓，它的两个分支在两个分支内表面上设有极性相反并形成磁装置9的永磁体24。磁场封闭构件32和磁装置9的按往复运动(沿箭头F)的平移移动使排列在永磁体24之间的磁热元件4暴露于磁场变化。另外，对于每个活塞60，磁场封闭构件32包括一个用于驱动活塞的驱动销192。所述驱动销保证磁场封闭构件32与这里呈活塞60形式的载热流体移动部件之间的机械联接。因此，磁装置32的移动一方面在磁热元件4中引起磁场变化，因此引起磁热元件的加热周期和冷却周期的交替，另一方面引起驱动销192的同时移动，所述驱动销接着又使活塞60在相应套筒11中移动，因此使载热流体在封闭回路6中移动。

另外，所示发生器200包括允许使所述活塞60的移动相对磁装置32的移动错开的错开部件10。该错开部件实施成两个止挡件13、14的形式，这两个止挡件形成在安装于磁场封闭构件32上的U形零件中。这两个止挡件13、14位于活塞60下面，并且与驱动销192配合。因此，当磁场封闭构件32按箭头F移动时，驱动销被这两个止挡件13、14带动。它们可以控制活塞60的移动与磁场封闭构件32的移动同步。

因此，在图7A中，当磁场封闭构件32向右移动时，只有当止挡件14接触所述驱动销192时、也就是图7B所示的位置，该磁场封闭构件才带动驱动销192、因此带动与驱动销相关联的活塞60。在该移动的过程中，磁热元件4脱出永磁体24的磁场并承受了冷却周期，而活塞60没有移动。因此，当止挡件14接触到驱动销192并且磁场封闭构件32还向图上右侧移动、因而使活塞60在封闭回路6中移动时，载热流体与磁热元件4之间进行热交换。磁场封闭构件32的完整行程没有完全被传递给活塞60。

相反地，当在图7b上磁场封闭构件32向左移动时，磁热元件4承受磁场和承受加热周期，而活塞60没有移动，因此载热流体也没有移动。当驱动销192与止挡件13接触时，该止挡件带动所述驱动销，这导致相应活塞60移动，因此使载热流体在封闭回路6中移动，因此导致载热流体与磁热元件4之间的热交换。

这种错开部件允许通过在所述磁热元件4的相位改变后实现热交换来优化载热流体与磁热元件4之间的热交换，因此允许提高发生器200的效率。

在一未示出的变型中，磁场封闭构件可具有轭状形廓，其两个分支在这些分支的内表面上具有极性相反并形成磁装置的永磁体，但是所述控制构件可以包括极性不同的两个永磁体，这两个永磁体分隔开一段距离并且互相相对地布置，活塞可包括一个磁体，该磁体相对于控制构件的两个永磁体布置，以便被其中一永磁体推动并因此跟随它们的移动。因此控制构件的移动带动活塞移动，而控制构件与活塞之间在磁装置以外没有接触。为此，活塞可以基本位于控制构件的两个永磁体之间，并优选在两个永磁体上方。

尽管所有附图示出包括单一热流发生单元2的热发生器1、100、200，但本发明也提出实施这样一个热发生器：其具有带多个热流发生单元2、102、202的级式结构。这种构型可以提高根据本发明的热发生器的效率。

工业应用的可能性：

从所述描述清楚地得出，本发明允许达到既定目的，即提出结构简单、体积小、限制使载热流体在热模块3中循环的移动构件的数量的热发生器1、100、200。

这类热发生器1、100、200能以有竞争性的成本和小体积尺寸不仅工业应用而且民用应用在加热、空调、调温、冷却或其它的领域中。

另外，组成热发生器1、100、200的所有零件都可以按照可重复生产的工业进程实现。

本发明并不局限于所描述的实施例，而是延伸到对本领域技术人员显而易见的任何改变和变型，同时保持在所附权利要求确定的保护范围内。

Claims (11)

1.磁热材料式热发生器，其包括至少一热流发生单元（2、102、202），所述热流发生单元设有至少一热模块（3），所述热模块包括磁热元件（4），所述磁热元件由载热流体穿过，所述载热流体在所述磁热元件（4）的两侧按交替移动被驱动流动，所述磁热材料式热发生器（1）还包括磁装置（9、24），使所述磁装置运动，以使所述磁热元件（4）交替地承受磁场变化并在所述磁热元件（4）中交替地产生加热周期和冷却周期，从而在所述磁热元件（4）的两个相对端部（7、8）之间产生温度梯度然后保持该温度梯度，所述载热流体的交替移动与所述磁场变化同步，所述热流发生单元（2、102、202）包括布置用于使所述磁装置（9、24）产生的磁流成闭路的磁场封闭构件（30、31、32），

所述磁热材料式热发生器的特征在于，所述磁热元件（4）被集成在连接所述磁热元件（4）的两个相对端部（7、8）的载热流体循环的封闭回路（6）中；所述封闭回路（6）包括使所述载热流体在两个移动方向上移动穿过所述磁热元件（4）的单一的移动部件（5、50、60）；并且，所述磁场封闭构件（30、31、32）配有所述移动部件（5、50、60）的控制构件（19、192）。

2.如权利要求1所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述封闭回路（6）由一个或多个连接所述磁热元件（4）的两个相对端部（7、8）的管道或通道实现。

3.如权利要求1所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述移动部件（5、50、60）是在形成于对应封闭回路（6）中的套筒（11）内移动的活塞。

4.如权利要求3所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述磁场封闭构件由可磁化材料制成并与活动的所述磁装置磁耦合。

5.如权利要求3所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述控制构件是基本呈正弦曲线形状的凸轮型部（19），其幅度确定所述活塞的行程并且其正弦相位总体对应于所述磁热元件（4）的加热周期和冷却周期。

6.如权利要求5所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述活塞包括沟槽（18），所述凸轮型部（19）在所述沟槽中运行。

7.如权利要求3所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述活塞包括可磁化材料区（51），并与形成所述控制构件的所述磁场封闭构件磁耦合。

8.如权利要求3所述的磁热材料式热发生器，其中所述热流发生单元设有多个热模块（3）并具有圆形结构，在该圆形结构中，所述磁热元件（4）围绕中心轴线（A）呈圆形布置，所述磁装置被驱动围绕所述中心轴线（A）转动，并且所述磁热元件（4）位于所述磁装置与所述磁场封闭构件之间，其特征在于，所述磁场封闭构件与所述磁装置磁耦合；所述封闭回路（6）和所述活塞的套筒（11）实施在用于被组装起来的两个圆形零件（12）中；并且，所述两个圆形零件相对于它们的组装平面基本对称，并且每个圆形零件包括形成所述活塞的套筒的一部分的至少一凹槽（15）和带开通端部的沟槽（16），所述沟槽形成所述凹槽（15）与相应磁热元件（4）之间的连接通道。

9.如权利要求3所述的磁热材料式热发生器，其中所述热流发生单元具有线性结构，在所述线性结构中，所述磁热元件（4）排齐，并且所述磁装置被驱动沿所述磁热元件（4）交替平移，其特征在于，所述磁场封闭构件具有轭状形廓，其两个分支在这些分支的内表面上配有极性相反并形成所述磁装置的永磁体（24）；并且，所述控制构件呈容置在每个活塞的相应槽（25）中的驱动销的形式。

10.如权利要求3所述的磁热材料式热发生器，其中所述热流发生单元具有线性结构，在所述线性结构中，所述磁热元件排齐并且所述磁装置被驱动沿所述磁热元件交替平移，其特征在于，所述磁场封闭构件具有轭状形廓，其两个分支在这些分支的内表面上配有极性相反并形成所述磁装置的永磁体；所述控制构件包括不同极性的两个永磁体，这两个永磁体分隔开并且彼此相对地布置；并且，所述活塞包括相对于所述控制构件的永磁体布置以被所述两个永磁体中的每一个推动的一磁体。

11.如权利要求9或10所述的磁热材料式热发生器，其特征在于，所述磁热材料式热发生器包括错开部件（10），所述错开部件适于使所述活塞的移动相对于所述磁装置的移动提前和/或推迟。

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