磁熱泵設(shè)備的制作方法

專利名稱：磁熱泵設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種磁熱泵設(shè)備。
背景技術(shù)：
專利文獻JP-B2-3967572(US 2004/0194855)公開一種利用磁性工作物質(zhì)的磁熱效應(yīng)的磁熱泵設(shè)備。該磁性工作物質(zhì)成形為微球并填充在工作腔中。磁場交替地施加到磁性工作物質(zhì)或從磁性工作物質(zhì)去除。熱介質(zhì)制成在工作腔中往復(fù)運動，與磁場的施加和去除同步，從而使得磁熱泵設(shè)備實現(xiàn)熱傳遞。由于球形形狀，磁性工作物質(zhì)的比表面面積(specific surface area)增加,并且便于在磁性工作物質(zhì)和熱介質(zhì)之間的熱交換。然而，當磁場施加到磁性工作物質(zhì)時磁阻變大，因為磁性工作物質(zhì)具有微球狀態(tài)。此外，當施加磁場或去除磁場時，被發(fā)出或被吸收的熱量的量沒有充分地增加。·

發(fā)明內(nèi)容
本公開的一個目的是提供一種具有高效率的磁熱泵設(shè)備。根據(jù)本公開的一個實例，一種磁熱泵設(shè)備，包括容器、磁性工作兀件、磁場施加器、輸送裝置、發(fā)熱部分和吸熱部分。所述容器限定工作腔，并且熱介質(zhì)在該工作腔的第一端部和第二端部之間沿往復(fù)方向往復(fù)運動。所述磁性工作元件由具有磁熱效應(yīng)的磁性工作物質(zhì)制成，并且設(shè)置在所述工作腔中并位于所述第一端部和所述第二端部之間。所述磁場施加器在與所述往復(fù)方向相交的磁場方向上交替地施加磁場到磁性工作兀件和從磁性工作兀件去除磁場。所述輸送裝置與磁場的施加和去除同步地輸送熱介質(zhì)。所述發(fā)熱部分將與所述第一端部相鄰定位的熱介質(zhì)的熱量發(fā)散到外部。所述吸熱部分將外部熱量吸收到與所述第二端部相鄰定位的熱介質(zhì)中。所述磁性工作元件是設(shè)置在工作腔中的多個磁性工作元件中的一個，并且所述多個磁性工作元件中的每個具有在所述磁場方向上延伸的柱狀形狀。因此，該磁熱栗設(shè)備具有聞效率。


根據(jù)下面參照附圖的詳細說明，本公開的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得顯然。附圖如下圖I是顯示根據(jù)一個實施例的包括磁熱泵設(shè)備的空調(diào)的示意圖；圖2是顯示磁熱泵設(shè)備的軸向剖視圖；圖3是顯示磁熱泵設(shè)備的徑向剖視圖；圖4是顯示磁熱泵設(shè)備的容器所限定的工作腔的徑向剖視圖；圖5是沿圖4的線V-V的剖視圖；圖6是顯示設(shè)置在磁熱泵設(shè)備的磁性工作元件之間的間隔器的放大剖視圖；圖7A、圖7B、圖7C和圖7D是顯示磁性工作元件的線單元的制造方法的示意圖；圖8是顯示根據(jù)變化實例的磁性工作元件的線單元的剖視圖9是顯示根據(jù)變化實例的磁性工作元件的線單元的剖視圖；圖10是顯示根據(jù)變化實例的磁性工作元件的線單元的剖視圖；圖11是顯示根據(jù)變化實例的磁性工作元件的線單元的剖視圖；和圖12是顯示裝配磁性工作元件的溝槽的放大剖視圖。
具體實施例方式(實施例)磁制冷系統(tǒng)2應(yīng)用于車輛的空調(diào)1，并且對應(yīng)于根據(jù)一個實施例的磁熱泵設(shè)備。磁制冷系統(tǒng)2具有磁制冷機3。圖2是沿圖3的線II-II的磁制冷機3的剖視圖?！た照{(diào)I為車輛的乘客室執(zhí)行空調(diào)調(diào)節(jié)。空調(diào)I安裝到從內(nèi)燃機獲得驅(qū)動力的車輛。如圖I所示，磁制冷系統(tǒng)2設(shè)置在車輛的發(fā)動機室中?？照{(diào)I的室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元10設(shè)置在乘客室中?？照{(diào)I具有空氣調(diào)節(jié)控制器100。磁制冷系統(tǒng)2具有制冷劑回路4、5，該制冷劑回路4、5被控制成在冷卻模式、加熱模式和除濕模式之間切換。當設(shè)定加熱模式時乘客室被加熱，當設(shè)定冷卻模式時乘客室被冷卻。在除濕模式中，乘客室在被除濕的同時執(zhí)行加熱操作?？照{(diào)I用于乘客室的冷卻、力口熱或除濕。磁制冷系統(tǒng)2是有源磁制冷機(AMR)型系統(tǒng)，當通過磁性工作物質(zhì)的磁熱效應(yīng)產(chǎn)生冷能和熱能時，該磁制冷系統(tǒng)2在由磁性工作物質(zhì)制成的磁性工作元件30中存儲冷能和熱能。磁制冷系統(tǒng)2具有磁制冷機3、第一(高溫)制冷劑回路4和第二(低溫)制冷劑回路5。由于磁熱效應(yīng),磁制冷機3產(chǎn)生冷能和熱能。當熱介質(zhì)的溫度受到磁制冷機3產(chǎn)生的熱能而上升時，熱介質(zhì)在高溫制冷劑回路4中從磁制冷機3循環(huán)到第一(加熱)熱交換器13,該第一(加熱)熱交換器13對應(yīng)于發(fā)熱部分。該熱介質(zhì)例如是液體，如包含抗冷凍液的水，并且可以稱作制冷劑。當熱介質(zhì)的溫度受到磁制冷機3產(chǎn)生的冷能而下降時，熱介質(zhì)在低溫制冷劑回路5中從磁制冷機3循環(huán)到第二(冷卻)熱交換器12，該第二(冷卻)熱交換器12對應(yīng)于吸熱部分。磁制冷機3具有熱交換容器31、磁場施加器32、制冷劑泵34和電機35。熱交換容器31限定工作腔311，該工作腔311容納磁性工作元件30，并且對應(yīng)于熱傳遞介質(zhì)的制冷劑流過該工作腔311。磁場施加器32施加磁場到磁性工作元件30和從磁性工作元件30去除磁場。制冷劑泵34泵送熱交換容器31的制冷劑使之流動，并且制冷劑泵34對應(yīng)于輸送制冷劑的輸送裝置。電機35是驅(qū)動磁制冷機3的驅(qū)動源。如圖2所示，熱交換容器31具有高溫部分31a和低溫部分31b。由于磁熱效應(yīng)，在高溫部分31a產(chǎn)生熱能，并且在低溫部分31b產(chǎn)生冷能。高溫部分31a和低溫部分31b沿穿過制冷劑泵34的相同軸線設(shè)置。高溫容器3la、低溫容器31b和制冷劑泵34被結(jié)合在一起并容納在磁制冷機3的殼體31中。高溫容器31a和低溫容器31b通過中空的筒狀容器構(gòu)造而成。容器31a、31b具有沿容器31a，31b的圓周壁延伸的工作腔311。工作腔311容納磁性工作元件30，并且制冷劑在工作腔311中流動。如圖3所示，在相應(yīng)的容器31a、31b中沿圓周方向以等間距限定多個例如十二個工作腔311。如圖2所示，制冷劑端口 312限定在高溫容器31a的與制冷劑泵34相對的端表面上，制冷劑端口 313限定在低溫容器31b的與制冷劑泵34相對的端表面上。制冷劑通過制冷劑端口 312，313流入或流出容器31a，31b。熱交換容器31具有在工作腔311的軸線(左右)方向XX上的第一端部311a和第二端部311b。工作腔311通過第一端部311a與制冷劑端口 312連通，工作腔311通過第二端部311b與制冷劑端口 313連通。在圖2中，兩個制冷劑端口 312被顯示為與高溫容器31a相鄰定位。例如，端口312中的一個與上部工作腔311連通，端口 312中的另一個與下部工作腔311連通。相應(yīng)的制冷劑端口 312具有向內(nèi)吸入制冷劑的入口 312a和向外排出制冷劑的出·口 312b。吸入閥312c設(shè)置到入口 312a，并且當向內(nèi)吸入制冷劑時打開。排出閥312d設(shè)置到出口 312b，并且當向外排出制冷劑時打開。在圖2中，圖示兩個制冷劑端口 313與低溫容器31b相鄰定位。例如，端口 313中的一個上部工作腔311連通，端口 313中的另一個與下部工作腔311連通。相應(yīng)的制冷劑端口 313具有向內(nèi)吸入制冷劑的入口 313a和向外排出制冷劑的出口 313b。吸入閥313c設(shè)置到入口 313a，并且排出閥313d設(shè)置到出口 313b。連通端口 314限定在高溫容器31a的與制冷劑泵34相對的端表面上，并且連通端口 315限定在低溫容器31b的與制冷劑泵34相對的端表面上。多個連通端口 314，315限定成與制冷劑端口 312和制冷劑端口 313對應(yīng)。如圖3所示，回轉(zhuǎn)軸321a、321b，轉(zhuǎn)子322a、322b和永磁鐵323a、323b設(shè)置在容器31a、31b中，并對應(yīng)于磁場施加器32。轉(zhuǎn)子322a，322b固定到回轉(zhuǎn)軸321a，321b。永磁鐵323a，323b埋設(shè)在轉(zhuǎn)子322a，322b的外圓周表面中。回轉(zhuǎn)軸321a，321b通過限定在容器31a，31b的在軸線方向XX上的端部上的軸承轉(zhuǎn)動地支撐。高溫容器31a的回轉(zhuǎn)軸321a和低溫容器31b的回轉(zhuǎn)軸321b與制冷劑泵34的驅(qū)動軸341整體地結(jié)合成一體。在圖2中，回轉(zhuǎn)軸321b具有與制冷劑泵34相對的左端，并且該左端從低溫容器31b朝外延伸。電機35連接到回轉(zhuǎn)軸321b的左端，并且轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸321a，321b和驅(qū)動軸341。在圖3中，轉(zhuǎn)子322a，322b固定到回轉(zhuǎn)軸321a，321b，并且在永磁鐵323a，323b固定到轉(zhuǎn)子322a, 322b的外圓周表面的狀態(tài)下通過與容器31a, 31b的內(nèi)圓周表面相距預(yù)定間隙而可轉(zhuǎn)動。如圖3所示，永磁鐵323a，323b位于圓周方向上的兩個部分中，并且根據(jù)回轉(zhuǎn)軸321a，321b的旋轉(zhuǎn)周期性地接近容器31a，31b的相應(yīng)工作腔311。兩個部分的每個的面積等于轉(zhuǎn)子322a，322b的外圓周表面面積的大約1/4。轉(zhuǎn)子322a，322b具有位于圓周方向上的兩個部分之間的兩個溝槽部分。該溝槽部分從外圓周表面凹陷并在軸線方向XX上延伸。即，溝槽部分位于轉(zhuǎn)子322a，322b不具有永磁鐵323a，323b的外圓周表面處。
容器31a，3Ib和轉(zhuǎn)子322a，322b用作軛。根據(jù)回轉(zhuǎn)軸321a，321b的旋轉(zhuǎn)，永磁鐵323a，323b產(chǎn)生的磁場交替地施加到磁性工作元件30和從磁性工作元件30去除。磁場在與容器31a，31b的徑向方向?qū)?yīng)的磁場方向上施加到元件30。由非磁性材料例如樹脂制成的保持部件33圍繞工作腔311設(shè)置。工作腔311在容器31a，31b中的定位由保持部件33確定。制冷劑泵34是制冷劑輸送裝置，其使制冷劑在容器31的高溫端口 312和低溫端口 313之間往復(fù)運動。制冷劑泵34由例如徑向活塞泵形成，其中的多個活塞343沿圓周方向布置，如圖2所示?？刂仆馆?42固定到驅(qū)動軸341，并且在徑向方向上移動?；钊?43的數(shù)量設(shè)定成與工作腔311的數(shù)量相同。如圖2所示，制冷劑泵34除了活塞343、驅(qū)動軸341和控制凸輪342外還具有殼體340和缸膛344。驅(qū)動軸341轉(zhuǎn)動地支撐在殼體340中?？刂仆馆?42固定到驅(qū)動軸341，并且與驅(qū)動軸341整體地旋轉(zhuǎn)?；钊?43根據(jù)控制凸輪342的旋轉(zhuǎn)在沿徑向方向延伸的缸膛344中往復(fù)運動。活塞343可以稱作凸輪隨動件。驅(qū)動軸341通過限定在殼體340的沿 軸線方向XX的端部上的軸承轉(zhuǎn)動地支撐?？刂仆馆?42的形狀基于固定到回轉(zhuǎn)軸321的永磁鐵323的數(shù)量確定。例如，在永磁鐵323的數(shù)量為兩個的情況下，控制凸輪342的形狀以回轉(zhuǎn)軸321a，321b旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)而活塞343來回兩次的方式確定。高溫容器31a的連通端口 314和低溫容器31b的連通端口 315與缸膛344連通。因此，能夠在缸膛344所構(gòu)造的相同空間中、在高溫容器31a的制冷劑和低溫容器31b的制冷劑之間進行熱交換。制冷劑泵34相對于工作腔311吸入或排出制冷劑與磁場的施加或去除同步。例如，當磁場施加到高溫容器31a的磁性工作元件30時并且當磁場從低溫容器31b的磁性工作元件30去除時，制冷劑泵34從與容器31a的工作腔311和容器31b的工作腔311連通的缸膛344中排出制冷劑。當從高溫容器31a的磁性工作元件30去除磁場時并且當磁場施加到低溫容器31b的磁性工作元件30時，制冷劑泵34將制冷劑吸入到與容器31a的工作腔311和容器31b的工作腔311連通的缸膛344中。當制冷劑泵34將制冷劑排出到容器31a，31b的工作腔311中時，排出閥312d，313d打開。此時，在工作腔311的端部311a，311b四周離開的制冷劑被從制冷劑出口 312b，313b排出到外部。當制冷劑泵34從容器31a，31b的工作腔311吸入制冷劑時，吸入閥312c，313c打開。此時，制冷劑通過制冷劑入口 312a，313a被從外部吸入到工作腔311的端部311a，311b中。電機35通過從車內(nèi)電池(未顯示)供應(yīng)的電力啟動，并且通過給回轉(zhuǎn)軸321a，321b和驅(qū)動軸341提供驅(qū)動力來驅(qū)動磁制冷機3。磁場施加器32通過回轉(zhuǎn)軸321a、321b，轉(zhuǎn)子322a、322b，永磁鐵323a、323b和電機35構(gòu)造。電機35位于容器31的外部。永磁鐵323a, 323b對應(yīng)于產(chǎn)生磁場的磁場發(fā)生器。包括在制冷劑泵34中的缸的數(shù)量對應(yīng)于容器31的工作腔311的數(shù)量，從而使得包括在制冷劑泵34中的缸的數(shù)量在本實施例中是十二個。工作腔311的數(shù)量是指容器31a或容器31b的工作腔311的數(shù)量，而不是容器31a、31b的整個。盡管省略了詳細的說明圖，使用制冷劑泵34相對于工作腔311輸送制冷劑。下面將說明磁制冷系統(tǒng)2的操作。因為工作腔311具有相同構(gòu)造，因此使用位于圖2上側(cè)的一個代表性工作腔311來進行說明。多個工作腔311在磁制冷系統(tǒng)2的操作中彼此具有相位偏移。當制冷劑泵34的活塞343位于下死點附近時，并且當永磁鐵323a接近高溫容器31a的工作腔311時，磁場施加到工作腔311的磁性工作元件30，從而使得在磁場施加過程中磁性增加。此時，由于磁熱效應(yīng)，磁性工作元件30產(chǎn)生熱量，并且工作腔311中的制冷劑的溫度上升。然后，活塞343從下死點移動到上死點，并且工作腔311的制冷劑從制冷劑泵34移動到高溫制冷劑端口 312。此時，制冷劑出口 312b的排出閥312d打開，并且在工作腔311的第一端部311a附近離開的高溫制冷劑在制冷劑排出過程中被從制冷劑出口 312b排向加·熱熱交換器13。然后，當活塞343位于上死點附近時，并且當永磁鐵323a從高溫容器31a的工作腔311分離開時，從磁性工作元件30去除磁場，從而使得在磁場去除過程中磁性降低。然后，活塞343從上死點移動到下死點，并且工作腔311的制冷劑從高溫制冷劑端口 312移動到制冷劑泵34。此時，制冷劑出口 312a的吸入閥312c打開，并且從加熱熱交換器13流出的制冷劑在制冷劑吸入過程中被吸到制冷劑入口 312a附近。當制冷劑泵34的活塞343返回到下死點時，執(zhí)行下一個磁場施加過程。由于四個過程，例如磁場施加過程、制冷劑排出過程、磁場去除過程和制冷劑吸入過程，高溫容器31的磁性工作元件30的磁熱效應(yīng)所產(chǎn)生的熱能能夠被輸送到加熱熱交換器13。在低溫容器31b的工作腔311中，當從高溫容器31a的工作腔311去除磁場時，在活塞343位于上死點附近的狀態(tài)下磁場被施加到低溫容器31b的磁性工作元件30。然后，活塞343從上死點移動到下死點，并且工作腔311的制冷劑從低溫端口 313移動到制冷劑泵34。此時，低溫端口 313的制冷劑入口 313a的吸入閥313c打開，并且從冷卻熱交換器12流出的制冷劑在制冷劑吸入過程中被吸到制冷劑入口 313a附近。然后，當磁場施加到高溫容器31a的工作腔311時，在低溫容器31b的工作腔311中，在活塞343位于下死點附近的狀態(tài)下，從工作腔311中的磁性工作元件30去除磁場。然后，活塞343從下死點移動到上死點，并且工作腔311的制冷劑從制冷劑泵34移動到低溫端口 313。此時，低溫端口 313的制冷劑出口 313b的排出閥313c打開，并且在工作腔311的第二端部311b的制冷劑出口 313b附近離開的低溫制冷劑在制冷劑排出過程中被排向冷卻熱交換器12。由于四個過程，例如磁場施加過程、制冷劑吸入過程、磁場去除過程和制冷劑排出過程，容納在低溫容器31b中的磁性工作元件30的磁熱效應(yīng)所產(chǎn)生的冷能能夠輸送到冷卻熱交換器12。如果熱交換容器31被考慮成整體，在磁場施加到磁性工作元件30之后，制冷劑從與第二端部311b相鄰定位的低溫端口 313向與第一端部311a相鄰定位的高溫端口 312移動。在從磁性工作元件30去除磁場之后，制冷劑從高溫端口 312向低溫端口 313移動。
當在高溫容器31a中重復(fù)磁場施加過程、制冷劑排出過程、磁場去除過程和制冷劑吸入過程時，并且當在低溫容器31b中重復(fù)磁場施加過程、制冷劑排出過程、磁場去除過程和制冷劑吸入過程時，在高溫容器31a的磁性工作元件30和低溫容器31b的磁性工作元件30之間能夠產(chǎn)生大的溫度梯度。下面，將說明高溫回路4和低溫回路5。高溫回路4將從高溫容器31a的高溫端口312的制冷劑出口 312b流出的制冷劑引入到加熱熱交換器13的制冷劑入口 13a。此外，高溫回路4將從加熱熱交換器13的制冷劑出口 13b流出的制冷劑引入到高溫容器31a的高溫端口 312的制冷劑入口 312a。具體地，加熱熱交換器13的制冷劑入口 13a連接到高溫端口 312的制冷劑出口312b。加熱熱交換器13設(shè)置在室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元10的殼11中。在通過冷卻熱交換器12之后，流通過加熱熱交換器13的制冷劑與空氣交換熱量。因此，加熱熱交換器13加熱空氣，并且對應(yīng)于第一熱交換器。冷卻熱交換器12對應(yīng)于第二熱交換器。
·
如圖I所示，第一電動三路閥41連接到加熱熱交換器13的制冷劑出口 13b。第一三路閥41是切換通道的切換部分，并且利用從空氣調(diào)節(jié)控制器100輸出的控制信號控制。更具體地，響應(yīng)于從空氣調(diào)節(jié)控制器100輸出的控制信號，第一三路閥41將加熱熱交換器13的制冷劑出口 13b切換成與高溫容器31a的制冷劑入口 312a連通或與第三熱交換器6的發(fā)熱制冷劑入口 61a連通。第三熱交換器6是設(shè)置在發(fā)動機室中的室外熱交換器，熱量在制冷劑和外部空氣之間交換。第三熱交換器6具有兩個熱交換部分，例如發(fā)熱部分61和吸熱部分62。從加熱熱交換器13流出的制冷劑流到發(fā)熱部分61中。從低溫容器31b流出的制冷劑流到吸熱部分中。在第三熱交換器6的發(fā)熱部分61中，通過入口 61從加熱熱交換器13進入的制冷劑與外部空氣交換熱量。在第三熱交換器6的吸熱部分62中，通過吸入制冷劑入口 62a從低溫容器31b進入的制冷劑與外部空氣交換熱量。發(fā)熱部分61的制冷劑通道和吸熱部分62的制冷劑通道在第三熱交換器6中彼此獨立，從而使得發(fā)熱部分61的制冷劑和吸熱部分62的制冷劑被限制彼此混合。高溫容器31a的制冷劑入口 312a連接到第三熱交換器6的發(fā)熱出口 61b。制冷劑在第三熱交換器6中發(fā)出熱量，并且返回到高溫容器31a的工作腔311。S卩，高溫回路4具有第一回路和第二回路。在第一回路中，制冷劑按照高溫容器31a的制冷劑出口 312b、第一閥41、高溫容器31a的制冷劑入口 312a的順序流動。在第二回路中，制冷劑按照高溫容器31a的制冷劑出口 312b、加熱熱交換器13、第一閥41、第三熱交換器6的發(fā)熱部分61和高溫容器31a的制冷劑入口 312a的順序流動。儲存箱43通過固定隔膜42連接到高溫回路4，并且位于加熱熱交換器13和第一電動三路閥41之間。儲存箱43使用控制流過回路4的制冷劑的量。固定隔膜42可以通過例如孔或毛細管構(gòu)造。低溫回路5將從低溫容器31b的低溫端口 313的制冷劑出口 313b流出的制冷劑引入到冷卻熱交換器12的制冷劑入口 12a。此外，低溫回路5將從冷卻熱交換器12的制冷劑出口 12b流出的制冷劑引入到低溫端口 313的制冷劑入口 313a。
具體地，第二電動三路閥51連接到低溫端口 313的制冷劑出口 313b。第二電動三路閥51是切換通道的切換部分，并且與第一電動三路閥41相似，通過從空氣調(diào)節(jié)控制器100輸出的控制信號控制。響應(yīng)于從空氣調(diào)節(jié)控制器100輸出的控制信號，第二電動三路閥51將低溫容器31b的低溫端口 313的制冷劑出口 313b切換成與第三熱交換器6的吸熱入口 62a連通或與第三電動三路閥52連通。第三電動三路閥52連接到第三熱交換器6的吸熱出口 62b。第三電動三路閥52是切換通道的切換部分，并且與第一和第二電動三路閥41、51相似，通過從空氣調(diào)節(jié)控制器100輸出的控制信號控制。具體地，第三三路閥52與第二三路閥51同步地工作。即，當?shù)诙y51將低溫端口 313的制冷劑出口 313b切換成與第三閥52連通時，第三閥52將第二閥51切換成與冷卻熱交換器12的制冷劑入口 12a連通。此外，當?shù)诙y51將低溫端口 313的制冷劑出口 313b切換成與第三熱交換器6·的吸熱入口 62a連通時，第三閥52將第二閥51切換成與低溫端口 313的制冷劑入口 313a連通。冷卻熱交換器12連接到第三電動三路閥52，并且設(shè)置在室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元10的殼11中。冷卻熱交換器12位于加熱熱交換器13的在空氣流動方向的上游側(cè)。流通過冷卻熱交換器12的制冷劑與空氣交換熱量，從而使得空氣被該熱交換器12冷卻。低溫端口313的制冷劑入口 313a連接到冷卻熱交換器12的制冷劑出口 12b。因此，低溫回路5具有第一回路和第二回路。在第一回路中，制冷劑按照低溫容器31b的制冷劑出口 313b、第二閥51、第三閥52、冷卻熱交換器12和低溫容器31b的制冷劑入口 313a的順序流動。在第二回路中，制冷劑按照低溫容器31b的制冷劑出口 313b、第三熱交換器6的吸熱部分62、第二閥51、第三閥52和低溫容器31b的制冷劑入口 313a的順序流動。儲存箱54通過固定隔膜53連接到低溫回路5，并且在第一回路中位于第二閥51和第三閥52之間。儲存箱54在第二回路中位于第三熱交換器6和第三閥52之間。儲存箱54用于控制流過回路5的制冷劑的量。固定隔膜53可以例如通過孔或毛細管構(gòu)造。下面將說明室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元10。室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)單元10設(shè)置在儀器板的內(nèi)部，該儀器板位于乘客室的最前部處。送風機(未圖示)、冷卻熱交換器12、加熱熱交換器13和加熱器芯14容納在殼11中。殼11限定用于將空氣輸送到乘客室中的空氣通道。殼11由(例如具有一定彈性和優(yōu)良強度的)樹脂例如聚丙烯制成。內(nèi)部和外部交換盒(未顯示)設(shè)置在殼11的在空氣流動方向上的最上游處，以便切換引導內(nèi)部空氣(乘客室內(nèi)的空氣)和/或外部空氣(乘客室外的空氣)。送風機設(shè)置在盒的在空氣流動方向上的下游，以便將通過盒吸入的空氣發(fā)送向乘客室。送風機可以由離心多葉片風扇例如西洛可風扇(sirocco fan)形成并被電機驅(qū)動。送風機的旋轉(zhuǎn)部件通過從空氣調(diào)節(jié)控制器100輸出的控制電壓控制。因此，通過送風機發(fā)送的空氣的量能夠被控制。冷卻熱交換器12設(shè)置在送風機的在空氣流動方向上的下游。限定在殼11中的空氣通道具有加熱通道15、使加熱通道15旁路的旁路通道16、和混合空間17。空氣通道位于冷卻熱交換器12的在空氣流動方向上的下游，并且通過冷卻熱交換器12的空氣流過空氣通道。通過加熱通道15的空氣和通過旁路通道16的空氣在混合空間17中混合。加熱熱交換器13和加熱器芯14依序設(shè)置在作為加熱部分的加熱通道15中，該加熱通道15在空氣沿空氣流動方向通過冷卻熱交換器12之后加熱該空氣。在加熱器芯14中，輸出驅(qū)動力的發(fā)動機(未圖示)的冷卻水與通過冷卻熱交換器12的空氣交換熱量。由于旁路通道16，通過冷卻熱交換器12的空氣被引入到混合空間17中，而不通過加熱熱交換器13和加熱器芯14。因此，通過控制通過加熱通道15的空氣和通過旁路通道16的空氣的比例，來控制混合空間17中的空氣的溫度。空氣混合門18設(shè)置在冷卻熱交換器12和通道15、16之間，以便連續(xù)地改變前述空氣的比例?？諝饣旌祥T18控制流到加熱熱交換器13中的空氣的量，以便控制發(fā)送到乘客室的空氣的溫度?？諝獬隹?未圖示)，例如面出口、足部出口和解凍器出口，限定在殼11的在空氣 流動方向上的最下游端。空氣從混合空間17通過出口發(fā)送到乘客室中。此外，調(diào)節(jié)空氣出口的開口面積的門設(shè)置在空氣出口的上游。因此，能夠通過打開/關(guān)閉門來改變空氣出口，該空氣出口吹送被調(diào)節(jié)的空氣到乘客室?？諝庹{(diào)節(jié)控制器100包括微處理器和外圍電路。微處理器具有CPU、ROM、RAM等?；诳刂破?00的ROM中存儲的控制程序執(zhí)行計算和處理。電機35、閥41、51和52、送風機和空氣混合門18連接到控制器100的輸出側(cè)，并且被控制器100控制?？刂瓢?未圖示)設(shè)置在乘客室中的儀器板的附近，并具有各種開關(guān)。多種信號通過形成的開關(guān)輸入到控制器100。例如，這些開關(guān)包括空調(diào)I的啟動開關(guān)、自動模式開關(guān)、用于選擇工作模式(例如冷卻模式、加熱模式、和除濕模式等)的開關(guān)?？刂破?00具有通過控制電機35驅(qū)動磁制冷機3的驅(qū)動部分和通過控制閥41、51、52切換通道的切換部分。冷卻操作、加熱操作或除濕操作通過空調(diào)I進行并且基于控制板的開關(guān)的操作通過控制器100控制。例如，在冷卻操作中，空氣調(diào)節(jié)控制器100以通過控制第一閥41使第三熱交換器6的發(fā)熱入口 61a與加熱熱交換器13的制冷劑出口 13b連通的方式來控制高溫回路4。此夕卜，以通過控制第二閥51使第三閥52與低溫容器31b的低溫端口 313的制冷劑出口 313b連通的方式來控制低溫回路5。此外，通過控制第三閥52使第二閥51與冷卻熱交換器12的制冷劑入口 12a連通。在加熱操作中，空氣調(diào)節(jié)控制器100以通過控制第一閥41使高溫容器31a的制冷劑入口 312a與加熱熱交換器13的制冷劑出口 13b連通的方式來控制高溫回路。此外，以通過控制第二閥51使第三熱交換器6的吸熱入口 62a與低溫容器31b的低溫端口 313的制冷劑出口 313b連通的方式來控制低溫回路5。此外，通過控制第三閥52使第二閥51與低溫容器31b的低溫端口 313的制冷劑入口 313a連通。在除濕操作中，空氣調(diào)節(jié)控制器100以通過控制第一閥41使高溫容器31a的制冷劑入口 312a與加熱熱交換器13的制冷劑出口 13b連通的方式來控制高溫回路4。此外，以通過控制第二閥51使第三閥52與低溫容器31b的低溫端口 313的制冷劑出口 313b連通的方式來控制低溫回路5。此外，通過控制第三閥52使第二閥51與冷卻熱交換器12的制冷劑入口 12a連通。因此，在每個操作模式中，能夠使用通過工作腔311的第一端部311a獲得的熱能和通過工作腔311的第二端部311b獲得的冷能對乘客室進行空氣調(diào)節(jié)。下面將說明磁性工作元件30。圖4是顯示容器31a，31b的一個工作腔311的徑向剖視圖，和圖5是沿圖4的線V-V的剖視圖。如圖4和圖5所示，工作腔311限定在保持部件33中，并且大數(shù)量的磁性工作元件30設(shè)置在工作腔311中。如圖4所示，相應(yīng)的磁性工作元件30在熱交換容器31的徑向方向YY上延伸。該徑向方向等于磁場方向YY,磁場沿該磁場方向YY通過磁場施加器32被施加到兀件30。即，每個磁性工作元件30具有在磁場方向YY上延伸的柱狀形狀。·如圖5所示,磁性工作元件30的截面形狀是圓形的,在軸線方向XX上相同圓形截面形狀連續(xù)。因為制冷劑沿軸線方向在兩路上流動(往復(fù)運動)，因此該軸線方向XX等于往復(fù)方向XX。此外，如圖5所示，多個柱狀磁性工作元件30以均勻節(jié)距在往復(fù)方向XX上排成一直線。在往復(fù)方向XX上彼此相鄰定位的磁性工作元件30被相互連接并集合成在往復(fù)方向XX上延伸的線單元。在一個工作腔311中，多個線單元30A在與往復(fù)方向XX和磁場方向YY垂直的排列方向上以預(yù)定間距排列。在本實施例中，所述排列方向?qū)?yīng)于圓周方向。如圖4和圖5所示，制冷劑通道3111限定在在排列方向上彼此相鄰定位的線單元30A之間，并且制冷劑在往復(fù)方向XX上沿制冷劑通道3111流動。如圖6所示，間隔器331在排列方向上設(shè)置在線單元30A之間。線單元30A具有在徑向方向YY上的端部，并且間隔器331位于線單元30A的在排列方向上的端部之間。因此，間隔器331在線單元30A之間限定了預(yù)定間距，并且該預(yù)定間距在往復(fù)方向XX上延伸。此外，間隔器331設(shè)置在線單元30A和保持部件33的側(cè)壁表面之間。此外，如圖5所示，以磁性工作元件30的軸向線在往復(fù)方向XX上具有大致相同的節(jié)距的方式限定線單元30A。即，軸向線之間的間距在往復(fù)方向XX上是均勻的。此外，在排列方向上彼此相鄰定位的線單元30A的位置在往復(fù)方向XX上偏錯開大約半個間距，該間距限定在元件30的軸向線之間。如圖5所示，柱狀元件30在往復(fù)方向XX上通過連接部301彼此連接。連接部301的位置在沿排列方向彼此相鄰定位的線單元30A之間沿往復(fù)方向XX上偏錯開大約半個前述間距，從而使得連接部301交替地位于沿排列方向彼此相鄰定位的線單元30A之間。連接部301在排列方向上的尺寸小于線單元30A的除了連接部301之外的其它部分的尺寸。因此，如圖5所示，限定在彼此相鄰定位的線單元30A之間的制冷劑通道3111稍微彎曲。因此，制冷劑通道3111在往復(fù)方向XX上以制冷劑通道3111在排列方向上的尺寸能夠被制成幾乎一致的方式延伸。此外，連接部301的垂直于往復(fù)方向XX的截面面積小于其它部分的截面面積。因此，連接部301用作限制在往復(fù)方向XX上的熱傳遞的限制部分。因此，能夠限制從高溫側(cè)到低溫側(cè)的熱傳遞。換言之，在線單元30A中，由于連接部301，熱量難以從工作腔311的第一端部311a傳遞到工作腔311的第二端部311b。下面將參照圖7A、7B、7C和7D來說明制造線單元30A的實例性方法。如圖7A所示，具有磁熱效應(yīng)的原材料粉末填充到金屬模具90中，并且執(zhí)行燒結(jié)過程，例如，使用放電等離子，從而獲得矩形平行六面體形狀的錠30B，如圖7B所示，錠30B被加工成預(yù)定形狀，例如，使用線切割放電機器，如圖7C所示。因此，能夠獲得圖7D所示的線單元30A。間隔器331插入線單元30A之間，如圖6所示。線單元30A的在徑向方向YY上的端部可以與間隔器331接合。因此，多個線單元30A被組合并被安裝到保持部件33。根據(jù)本實施例，柱狀磁性工作元件30具有在磁場方向YY上延伸的軸向線。在往復(fù)方向XX上布置的多個元件30被集成為在往復(fù)方向XX上延伸的線單元30A。多個線單元30A在與磁場方向YY和往復(fù)方向XX垂直的排列方向上排列。由于泵34，制冷劑流動以在往復(fù)方向XX上往復(fù)運動，該往復(fù)方向XX大致垂直于磁場方向YY。·因此，磁性工作元件30和制冷劑之間的接觸表面面積能夠增加，從而使得便于在磁性工作元件30和熱介質(zhì)之間的熱交換。此外，當磁場施加器32施加磁場到磁性工作元件30時磁阻能夠被降低。因此，當施加磁場時產(chǎn)生的熱量的增加和當磁場被去除時產(chǎn)生的熱量的減少變得較大。每個磁性工作元件30在柱狀形狀的軸線方向上連續(xù)地具有大致相同的圓形截面。因此，磁場能夠通過磁場施加器32被均勻地施加到元件30。每個線單元30A在制冷劑的往復(fù)方向XX上延伸。因此，制冷劑的流阻在工作腔311中能夠變得相當小。在排列方向上彼此相鄰定位的線單元30A在往復(fù)方向XX上相互偏離開大約半個間距，該間距在元件30的軸向線之間。因此，在線單元30A之間的制冷劑通道3111在排列方向上的寬度能夠在往復(fù)方向XX上變得幾乎一致。通道3111在往復(fù)方向XX上以均勻?qū)挾妊由?。因此，制冷劑的流阻在工作?11中能夠變得相當小，即使當多個線單元30A排列在工作腔311中時。多個元件30集成到線單元30A，使得線單元30A能夠容易地設(shè)置在容器31a，31b中。此外，連接部301的截面面積小于其它部分的截面面積，并且連接部301用作限制熱傳遞的限制部分。因此，能夠限制熱量從在第一端部311a中存儲熱能的元件30傳遞到在第二端部311b中存儲冷能的元件30，即使當磁性工作元件30集成為線單元30A時。根據(jù)本實施例，特性，例如壓力損失和磁阻能夠被改善。此外，與磁性工作元件具有在往復(fù)方向上延伸的薄板形狀的情況相比，根據(jù)本實施例，熱交換性能能夠提高，并且能夠限制在往復(fù)方向上的熱傳遞。本公開不局限于前述實施例。磁性工作元件30的形狀不局限于前述說明。例如，如圖8所示，元件30可以集成為作為變化例的單元30C。在單元30C中，元件30具有與磁場方向YY垂直的方形截面?？蛇x地，如圖9所示，元件30可以集成為作為變化例的單元30D。在單元30D中，元件30具有與磁場方向YY垂直的半圓形截面。此外，在圖10所示的變化例中，多個性工作元件30E在往復(fù)方向XX上相互分離。在該情況中，制冷劑通道3112限制在沿往復(fù)方向XX彼此相鄰定位的多個磁性工作元件30E之間，并且能夠作為限制熱傳遞的限制部分。因此，制冷劑通道3112限制從在第一端部311a上存儲熱能的磁性工作元件30E到在第二端部311b上存儲冷能的磁性工作元件30E的熱傳遞。磁性工作元件30不局限于在軸向方向上具有相同截面形狀的柱狀形狀。例如，磁性工作元件30可以是在軸向方向上中心部分的直徑大于兩端的腰部加寬的柱狀形狀，或者是在軸向方向上中心部分的直徑小于兩端的腰部收縮的柱狀形狀。此外，磁性工作元件30可以具有在軸向方向上截面從第一端向第二端逐漸變化的錐形形狀。此外，線單元30A不局限于在往復(fù)方向XX上延伸。例如，如圖11所示，線單元30A可以在與往復(fù)方向XX相交的方向上延伸。在該情況中，制冷劑通道3111在與往復(fù)方向XX相交的方向上延伸，并且能夠便于在磁性工作元件30和制冷劑之間的熱交換。在本實施例中，間隔器331插入線單元30A之間，以在與往復(fù)方向XX和磁場方向YY垂直的排列方向上限定預(yù)定間距。可選地，如圖12所示，在保持部件33的壁部中限定溝槽332，并且元件30的軸向端裝配到溝槽332中。在該情況中，線單元30A能夠在排列方向·上通過預(yù)定間距設(shè)置。往復(fù)方向XX和磁場方向YY不局限于彼此垂直,也可以是彼此相交。磁場可以通過電磁鐵產(chǎn)生，而不是永磁鐵323，通過給電磁鐵施加電力產(chǎn)生磁場。在前述實施例中，高溫制冷劑的熱量通過從第一端部311a循環(huán)通過加熱熱交換器13被發(fā)散到外部流體，并且低溫制冷劑通過從第二端部311b循環(huán)通過冷卻熱交換器12從外部流體吸收熱量。可選地，在第一端部311a和第二端部311b中，熱交換可以在熱介質(zhì)和外部流體之間直接進行。這些變化和修改應(yīng)當被理解成在所附權(quán)利要求限定的本公開的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁熱泵設(shè)備，包括 容器(31)，所述容器(31)限定工作腔(311)，熱介質(zhì)在該工作腔的第一端部(311a)和第二端部(311b)之間沿往復(fù)方向(XX)往復(fù)運動； 磁性工作元件(30)，由具有磁熱效應(yīng)的磁性工作物質(zhì)制成，所述磁性工作元件(30)設(shè)置在所述工作腔中并且位于所述第一端部和所述第二端部之間； 磁場施加器(32),所述磁場施加器(32)在與所述往復(fù)方向相交的磁場方向(YY)上交替地施加磁場到磁性工作元件和從磁性工作元件去除磁場； 輸送裝置(34)，所述輸送裝置(34)與磁場的施加和去除同步地輸送熱介質(zhì)； 發(fā)熱部分(13)，所述發(fā)熱部分(13)將與所述第一端部相鄰定位的熱介質(zhì)的熱量發(fā)散到外部；和 吸熱部分(12)，所述吸熱部分(12)將外部熱量吸收到與所述第二端部相鄰定位的熱介質(zhì)中，其中 所述磁性工作元件是設(shè)置在工作腔中的多個磁性工作元件中的一個，并且 所述多個磁性工作元件中的每個具有在所述磁場方向上延伸的柱狀形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁熱泵設(shè)備，其中 所述多個磁性工作元件中的每個在所述柱狀形狀的軸線方向上連續(xù)地具有大致相同的橫截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁熱泵設(shè)備，其中 所述多個磁性工作元件沿所述往復(fù)方向布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁熱泵設(shè)備，還包括 限制部分(301，3112)，所述限制部分(301，3112)設(shè)置在在往復(fù)方向上彼此相鄰定位的磁性工作元件之間，其中 所述限制部分限制在所述往復(fù)方向上的熱傳遞。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁熱泵設(shè)備，其中 在所述往復(fù)方向上彼此相鄰定位的多個磁性工作元件被相互整體地連接成一個單元(30A,30C,30D)， 所述限制部分具有與所述往復(fù)方向垂直的截面區(qū)域，并且所述限制部分的所述截面區(qū)域小于所述單元的除了所述限制部分之外的其它部分的截面區(qū)域，并且 所述限制部分通過連接部(301)限定，所述多個磁性工作元件通過該連接部(301)被相互整體地連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁熱泵設(shè)備，其中 在所述往復(fù)方向上布置的多個磁性工作元件限定在所述往復(fù)方向上延伸的線單元(30A)，并且多個磁性工作元件的軸向線之間的間距在往復(fù)方向上是均勻的， 所述線單元(30A)是在與所述往復(fù)方向和所述軸向線垂直的排列方向上以間隔(3111)排列的多個線單元中的一個，并且 在所述排列方向上彼此相鄰定位的線單元的位置在所述往復(fù)方向上相互錯開半個所述間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁熱泵設(shè)備，其中 在所述往復(fù)方向上布置的多個磁性工作元件(30E)在所述往復(fù)方向上彼此間隔開，并且 所述限制部分用熱介質(zhì)流過的通道(3112)限定，所述通道限定在在往復(fù)方向上彼此相鄰定位的多個磁性工作元件之間。
全文摘要
一種磁熱泵設(shè)備，包括限定工作腔(311)的容器(31)；設(shè)置在所述工作腔中的磁性工作元件(30)；磁場施加器(32)，在磁場方向上交替地施加磁場到磁性工作元件和從磁性工作元件去除磁場；和輸送裝置(34)，輸送熱介質(zhì)使之在往復(fù)方向上往復(fù)運動。磁場方向和往復(fù)方向彼此相交。磁性工作元件是多個磁性工作元件中的一個。多個磁性工作元件中的每個具有在磁場方向上延伸的柱狀形狀。
文檔編號F25B21/00GK102788444SQ20121014856
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者八束真一, 守本剛, 渡邊直樹 申請人:株式會社電裝