磁热发生器的制作方法

本发明涉及一种磁热发生器，包括至少一组基于磁热材料(magnetocaloricmaterial，mcm)的有源元件和被布置为可相对于该组有源元件移动的磁性装置，所述磁性装置包括两个叠置的磁转子，即外磁转子和内磁转子，在外磁转子与内磁转子之间界定气隙，所述外磁转子和所述内磁转子包括相同数量的磁极，所述一组有源元件构成布置在所述气隙中的定子，并且所述有源元件在所述发生器的热端与冷端之间在所述定子中纵向延伸。

背景技术：

1、环境温度磁制冷技术已经为人所知四十多年，并且其在能量效率和相对于基于制冷剂气体的压缩和膨胀的传统技术减小的环境影响方面的优点是已知的。而且，关于其热力或能量转换的限制也是已知的。随后，在该领域中进行的研究都倾向于通过操纵不同构成元件的参数(例如磁场强度和质量、有源元件的磁热材料的性能、传热流体与有源元件之间的热交换表面、热交换器的性能等)来提高磁热发生器的性能。

2、今天，鉴于一方面能够大批制造这些发生器并且另一方面能够保证它们具有显著的使用寿命，发展涉及它们的优化。除了必须达到商业上感兴趣的能量效率之外，这些发生器必须具有相对小的尺寸或体积，以能够将它们集成在具有体积限制的商业应用中。

3、属于本申请人的公报wo2009/087310和wo2015/079313给出了已经应用于磁热发生器的技术发展的见解，其可以被进一步改进。

4、公报cn 113 314 292a描述了一种用于磁制冷发生器的halbach型磁组件。该磁组件包括两个同轴的磁转子，即外转子和内转子，其由气隙分开，其中，布置有磁热材料室形式的有源元件。转子由电机和机械驱动机构同步地沿相反方向驱动。转子的反向旋转驱动使得可以产生施加到位于气隙中的有源元件的磁场变化。然而，该原理不能利用转子的磁体的任何势能。实际上，在旋转部分中，转子不是反相的，也不是相位调节的，这从mcm的观点来看构成了长时间的且不可操作的转变相位，不利于发生器的性能。当磁体在半个有效循环时间内反相时，磁体的势能完全未利用，因此磁体价值很低。此外，该原理是必须管理的磁转子的结构内的涡电流源，并且通过超过磁体的矫顽磁场而使磁体暴露于退磁风险。

5、公报wo 2019/110193 a1描述了一种基于磁热材料的复合基体。这些材料以颗粒的形式存在，颗粒通过基于另一种非磁热材料(例如镍)的涂层保持在一起。涂布的颗粒一起限定用于液体循环的空腔。结果是无定形多孔基体，即随机和不规则的，从而不可避免地生成负载损失，这些损失对磁制冷发生器的性能是有害的。

技术实现思路

1、本发明旨在提出一种新一代磁热发生器，其旨在优化发生器的性能，使施加到有源元件的强度和磁场变化最大化，优化所述有源元件的响应，优化磁体的磁能利用(bhmax)，减少负载损失和摩擦源，避免涡电流，减少能量消耗，使发生器的技术特征个性化以实现目标目的，并因此响应于广泛的应用：加热、冷却、空气调节、可逆热泵、热磁马达等。本发明还涉及一种可逆转换器，其使得能够使用机械和/或电功将热能从冷源泵送到热源，或者以机械和/或电功温差的形式转换热能；在这种情况下，机械能与电能之间的转换由传统的电磁机(例如交流发电机、发电机、电动机等)来确保。

2、考虑到这一点，本发明涉及一种在前序部分中指示的类型的发生器，其特征在于，所述外磁转子或内磁转子中的一者一方面通过机械耦接而耦接到电机，另一方面通过磁耦接而耦接到所述内磁转子或外磁转子中的另一者，使得所述转子沿一个相同的方向移动并且是磁同步的。

3、在本发明的优选实施例中，所述发生器具有圆柱形构造，外磁转子和内磁转子围绕它们的旋转轴线同心，并且所述定子具有环形形状，与所述外磁转子和内磁转子同心。

4、所述外磁转子优选地耦接到所述电机。在这种情况下，其包括周边齿环，并且所述外磁转子与所述电机之间的所述机械耦接包括啮合所述齿环的齿形带传动。

5、在本发明的优选实施例中，所述发生器至少包括用于可旋转地引导由外壳承载的所述外磁转子和所述内磁转子的装置，并且用于可旋转地引导所述外磁转子的所述装置包括周边引导构件，其安装在所述外磁转子的端部中并且布置为在属于所述外壳的引导路径上循环。

6、所述引导构件有利地在位于所述磁极外部的周边扇区中安装在所述外磁转子上。并且所述引导路径有利地设置在添加到所述外壳的引导环上，所述引导环能够由硬度大于所述外壳的材料的硬度的材料制成。

7、绝对有利地，所述磁性装置是模块化构造，并且包括沿纵向堆叠的至少两个基本模块的组件，各个基本模块包括所述外磁转子的一部分和所述内磁转子的一部分，并且基本模块的数量限定所述磁性装置的长度，并且根据针对所述发生器的功率和/或温差来确定。

8、所述基本模块优选地包括互补的互锁形状，互补的互锁形状被布置为一方面使所述基本模块相对于所述旋转轴线居中并且对所述基本模块抵靠彼此的角位置进行索引(index)。

9、根据本发明的实施例的变型，所述磁性装置面对所述气隙可以包括磁场均匀化设备，其叠置到所述外磁转子和/或所述内磁转子的所述磁极。

10、在本发明的优选实施例中，所述有源元件是多孔的，并且分别被传热回路穿过，传热回路使得传热流体能够在所述发生器的第一工作循环中从所述热端到所述冷端交替循环，并且相反地，在所述发生器的第二工作循环中从所述冷端到所述热端交替循环。在这种情况下，传热流体的循环的取向有利地垂直于由所述磁性装置的所述磁极生成的磁场线的取向。

11、优选地，所述组件的有源元件的数量是所述磁性装置的磁极数量的倍数，并且所述有源元件在所述定子的圆周上并排布置。

12、各个有源元件可以包括容纳在所述定子中的纵向材料载体。在这种情况下，材料载体可以具有从正方形、矩形、梯形中选择的横截面。此外，所述材料载体的长度有利地根据所述磁性装置的长度以及针对所述发生器的功率、效率和/或温差来确定。

13、在本发明的优选实施例中，各个有源元件的材料载体包括：内壳体，其被布置为接收至少一个mcm；和至少一个流体连接器，其连接到其各个端部，被布置为将所述有源元件连接到所述传热回路。材料载体还可以包括在所述流体连接器与所述内壳体之间的各个端部区域中的至少一个分配器。

14、所述有源元件可包括至少一个无定形形式的多孔mcm块，其为规则的材料条或结构，平行于所述材料载体的纵轴取向，并且彼此隔开一间隔。在这种情况下，间隔有利地构成一组纵向通道，其使得所述传热流体能够双向循环穿过各个有源元件。

15、所述有源元件可以包括一个相同mcm或通过接合楔彼此分离的不同mcm、或被配料和组织为获得可变居里温度的不同mcm组合物的一个或多个多孔mcm块。优选根据逐步或连续演变的升高或降低的居里温度来存储或排序不同的mcm或mcm组合物。

技术特征：

1.一种磁热发生器(1)，包括基于磁热材料(mcm)的一组有源元件(2)和布置为可相对于所述一组有源元件(2)移动的磁性装置(3)，所述磁性装置(3)包括两个叠置的磁转子，即外磁转子(4)和内磁转子(5)，在所述外磁转子(4)与所述内磁转子(5)之间界定气隙(e)，所述外磁转子(4)和所述内磁转子(5)包括相同数量的磁极(pm)，所述一组有源元件(2)构成布置在所述气隙(e)中的定子(30)，并且所述有源元件(2)在所述发生器的热端(ec)与冷端(ef)之间在所述定子(30)中纵向延伸，其特征在于，所述外磁转子(4)或所述内磁转子(5)中的一者一方面通过机械耦接而耦接到电机(9)，另一方面通过磁耦接而耦接到所述内磁转子(5)或所述外磁转子(4)中的另一者，使得所述转子沿相同方向移动并且是磁同步的。

2.根据权利要求1所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述发生器具有圆柱形构造，所述外磁转子(4)和所述内磁转子(5)围绕它们的旋转轴线(a)同心，并且所述定子(30)具有环形形状，与所述外磁转子(4)和所述内磁转子(5)同心。

3.根据权利要求2所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述外磁转子(4)耦接到所述电机(9)，所述外磁转子(4)包括周边齿环(11)，并且所述外磁转子(4)与所述电机(9)之间的所述机械耦接包括通过与所述齿环(11)啮合的齿形带(10)实现的传动。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述发生器至少包括用于可旋转地引导由外壳(c)承载的所述外磁转子(4)和所述内磁转子(5)的装置，并且用于可旋转地引导所述外磁转子(4)的所述装置包括周边引导构件(14)，其安装在所述外磁转子(4)的端部中并且布置为在属于所述外壳(c)的引导路径上循环。

5.根据权利要求4所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述引导构件(14)在位于所述磁极(pm)外部的周边扇区中安装在所述外磁转子(4)上。

6.根据权利要求4所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述引导路径设置在添加到所述外壳(c)的引导环(15)上，所述引导环(15)由硬度大于所述外壳(c)的材料的硬度的材料制成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述磁性装置(3)是模块化构造，并且包括至少两个叠置的基本模块(17)的组件，各个基本模块(17)包括所述外磁转子(4)的一部分和所述内磁转子(5)的一部分，并且基本模块(17)的数量限定所述磁性装置(3)的长度，并且根据针对所述发生器(1)的功率和/或温差来确定。

8.根据权利要求7所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述基本模块(17)包括互补的互锁形状，所述互补的互锁形状被布置为一方面使所述基本模块(17)相对于所述旋转轴线(a)居中并且对所述基本模块(17)抵靠彼此的角位置进行索引。

9.根据权利要求1所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述磁性装置(3)面对所述气隙(e)包括磁场均匀化设备(8)，其叠置到所述外磁转子(4)和/或所述内磁转子(5)的所述磁极(pm)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述有源元件(2)是多孔的，并且分别被传热回路穿过，所述传热回路使得传热流体能够在所述发生器的第一工作循环中从所述热端(ec)交替循环到所述冷端(ef)，并且相反地，在所述发生器的第二工作循环中从所述冷端(ef)交替循环到所述热端(ec)，并且所述传热流体的循环的取向垂直于由所述磁性装置(3)的所述磁极(pm)生成的磁场线的取向。

11.根据权利要求10所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述组件的所述有源元件(2)的数量是所述磁性装置(3)的所述磁极(pm)的数量的倍数，并且所述有源元件(2)在所述定子(30)的圆周上并排布置。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的磁热发生器(1)，其特征在于，各个有源元件(2)包括容纳在所述定子(30)中的纵向材料载体(32)，所述材料载体(32)具有从正方形、矩形、梯形、中空圆柱部分中选择的横截面，并且所述材料载体(32)的长度根据所述磁性装置(3)的长度以及针对所述发生器的功率、效率和/或温差来确定。

13.根据权利要求12所述的磁热发生器(1)，其特征在于，各个有源元件(2)的所述材料载体(32)包括：内壳体(35)，其被布置为接收至少一个mcm；和在其各个端部处的至少一个流体连接器(37、38)，其被布置为将所述有源元件(2)连接到所述传热回路。

14.根据权利要求13所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述材料载体(32)还包括在所述流体连接器(37、38)与所述内壳体(35)之间的各个端部区域中的至少一个分配器(39)。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述有源元件(2)包括至少一个多孔mcm块体(40)，其呈规则材料条或结构(41)的形式，平行于所述材料载体(32)的纵轴(b)取向，并且彼此隔开一间隔，所述间隔形成一组纵向通道(31)，所述通道使得所述传热流体能够双向循环通过各个活动元件(2)。

16.根据权利要求15所述的磁热发生器(1)，其特征在于，所述有源元件(2)包括若干多孔mcm块(40)，其分别由一个相同的mcm或不同的mcm或者不同的mcm组合物构成，所述不同的mcm或mcm组合物根据逐步或连续演变的升高或降低的居里温度(tc)来存储。

技术总结本发明涉及一种磁热发生器(1)，包括基于MCM材料的一组多孔有源元件(2)和磁性装置(3)。磁性装置(3)包括两个叠置的磁转子，包括外磁转子(4)和内磁转子(5)，在外磁转子(4)与内磁转子(5)之间界定气隙(E)，并且转子包括相同数量的磁极(PM)。该组有源元件(2)包括布置在所述气隙(E)中的定子(30)。有源元件(2)在定子(30)中轴向延伸，使得允许传热介质在所述发生器的热端(EC)与冷端(EF)之间的双向轴向循环。有利地，外磁转子(4)一方面通过机械耦接而耦接到电机(9)，另一方面通过磁耦接而耦接到所述内磁转子(5)，使得转子在一个相同的旋转方向上移动并且是磁同步的。技术研发人员：弗雷德里克·马尔拉佐,克里斯蒂安·穆勒,米歇尔·里瑟,佐伊·蒂尔受保护的技术使用者：马格诺里克公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30