具有改进的同轴阀的磁制冷系统技术方案

一种磁制冷系统，该磁制冷系统提供了一种使密封阀表面所需的力平衡的旋转阀设计，减少了磨损对泄漏的影响，使得阀的组装和调节更容易，减少了旁通流的可能性，减少了驱动轴的应力和腐蚀，并且提供了更紧凑的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的同轴阀的磁制冷系统关于联邦政府资助的研究或研发的声明相关申请的交叉应用本申请要求于2014年12月15日提交的美国临时申请序列No.62/091,849的优先权，并且美国临时申请序列No.62/091,849通过参引并入本文，并且本申请是于2014年12月1日提交的美国非临时申请序列No.14/556,424的部分继续申请，并且美国非临时申请序列No.14/556,424通过参引并入本文，美国非临时申请序列No.14/556,424要求于2013年12月17日提交的美国临时申请序列No.61/917,025的优先权，并且美国临时申请序列No.61/917,025也通过参引并入本文。
技术介绍
磁制冷(MR)是基于磁热效应的新兴冷却技术；磁热效应是特定材料所表现出的性质，所述特定材料在被放置在磁场中时升温、而在该磁场被去除时降温。磁致冷与作为当前用于冷却的最广泛使用的方法的蒸汽压缩相比具有许多明显的优点。首先，MR不使用氢氟烃(HFC)、氟氯烃(CFC)，也不使用任何其他气态材料；MR系统中的制冷剂呈多孔固体的形式。不存在任何气体大大降低了泄漏的可能性，而泄漏是蒸汽压缩系统中的常见问题。因此，MR系统由于减少的维护和停机时间而可以具有更高的可靠性。消除HFC和CFC对环境有益处，这是因为这些气体消耗臭氧并且导致全球变暖。最后，理论研究表明，MR系统可以比蒸汽压缩系统更节能，特别是在非高峰负载条件下。关于磁制冷的总体背景可见发表在Int.J.ofRefrig.(制冷杂志)31:945-961,2008中的由K.Gschneidner和V.Pecharsky著的“Thirtyyearsofnearroomtemperaturemagneticcooling:Wherewearetodayandfutureprospects(近室温磁冷却的三十年：我们的现状及未来展望)”、以及发表在HVAC&RResearch(HVAC&R研究)，13(4):525-542,2007中的由K.Engelbrecht、G.Nellis、S.Klein和C.Zimm著的“RecentDevelopmentsinRoomTemperatureActiveMagneticRegenerativeRefrigeration(室温主动磁回热制冷的最新发展)”，上述文件均通过参引并入本文。如美国专利No.4,332,135中所公开的，现代室温MR系统实施所谓的主动式磁回热制冷机(AMR)循环来执行冷却，该专利通过参引并入本文。该循环具有四个阶段，如在图1A、图1B、图1C和图1D示意性示出的。这些附图中的MR系统包括由磁致热材料(MCM)制成的多孔床190和传热流体，该传热流体在其流动穿过床190时与MCM交换热量。床190的左侧是冷侧，而热侧在右侧。流体流动的正时和方向(由热至冷或由冷至热)与磁场192的施加和去除相协调。在循环的第一阶段(“磁化”)中，如图1A所示，当床190中的流体停滞时，向MCM施加磁场192以导致MCM变热。在下一阶段(“热吹”)中，如图1B所示，当保持施加于床190上的磁场192的同时，处于温度TCi(冷入口温度)的流体通过冷入口182而从冷侧被泵送穿过床到热侧。该流体从床中的MCM吸收热量并且该流体的温度在穿过床190时上升。在热吹期间，流体以温度THo(热出口温度)通过热出口186离开床190，并且循环通过热侧热交换器194，在热侧热交换器194处，流体向周围环境放热并恢复到温度THi(热入口温度)，THi<THo。在下一阶段(“退磁”)中，如图1C所示，流体流动终止并且磁场被去除。这使得床190进一步冷却。在最后阶段(“冷吹”)中，如图1D所示，在持续不存在磁场的情况下，处于温度THi的流体从热侧经由热入口188泵送穿过床190到冷侧。流体在其穿过床190中的MCM时被冷却，达到温度TCo(冷出口温度)，TCo<TCi。在冷吹期间通过冷出口184离开床190的较冷流体循环通过冷侧热交换器196，从经制冷的环境中获取热量。流体以温度TCi离开冷侧热交换器196并完成AMR循环。在冷吹期间由冷侧热交换器196中的冷流体所吸收的热允许经制冷的环境保持其较冷的温度。尽管图1A、图1B、图1C和图1D示出了单个床MR系统的操作，但是本领域普通技术人员将理解，经历相同AMR循环的每个床可以组合在单个系统中以提高冷却能力、减小系统尺寸或者以其他方式改善循环性能。为了实施AMR循环，磁制冷机需要一个或更多个由磁致热材料制成的多孔床、传热流体、用于驱动流体通过床的泵、用于向床施加磁场及去除磁场的装置以及流动控制系统，该流动控制系统使穿过床的流体的流动的正时和方向与床上的磁场的施加及去除相协调。在磁制冷机中的AMR循环的一个实施方案中，比如在此通过参引并入本文的美国专利No.7,148,777中公开的带间隙的磁体组件旋转经过由磁致热材料制成的固定床。固定床配装到磁体组件的间隙中，并且当磁体组件间隙旋转经过给定床时，磁场被施加到给定床。在床保持位于在磁体间隙内时，磁场在床的各处被保持。当磁体旋转远离给定床时，磁场被去除。在美国专利No.6,668,560中描述了被称为“旋转磁体”磁制冷机或RMMR的实施方案，该美国专利在此通过参引并入本文。如图1A、图1B、图1C和图1D所示的，RMMR中的每个床具有四个流体端口。这些端口中的两个端口即热入口端口188和热出口端口186位于床190的热侧，而另外两个端口即冷入口端口182和冷出口端口184位于床190的冷侧。入口端口188和182将流体输送到床190中的磁致热材料，而出口端口186和184汇集从磁致热材料出来的流体。通过使用分开设置的入口端口和出口端口，通常在不同温度下的入口流体流和出口流体流的混合被最小化。这通过防止与混合相关的热损失来改善MR系统性能。通常，为了控制流体流动，RMMR使用四个阀，所述四个阀被称为热入口(Hi)阀、热出口(Ho)阀、冷入口(Ci)阀和冷出口(Co)阀。当床位于旋转磁体组件的间隙内时，冷入口阀向床的冷入口端口输送流体流；同时，热出口阀汇集来自床的热出口端口的流体。热入口阀阻止流体流动至床的热入口端口，而冷出口阀阻止来自冷出口端口的流体流。以这种方式，流动只能从冷入口端口穿过床行进到热出口端口，这是用于经历AMR循环的热吹阶段的经磁化的床的期望流动路径。当磁体旋转远离床使得床此刻被退磁时，冷入口阀此刻阻止流体流进入冷入口端口，而热出口阀阻止流体流通过热出口端口流出。热入口阀打开并将热入口流体引导至床的热入口端口，同时冷出口阀打开，从而允许流体经由冷出口端口离开床。以这种方式，流体流只能从热入口端口穿过床行进到冷出口端口，这是用于经历AMR循环的冷吹阶段的经退磁的床的期望流动路径。应该清楚的是，为了MR系统的正常运行，阀的打开和关闭必须与磁体组件相对于床的角度位置相协调。旋转阀比如美国专利No.6,668,560中公开的旋转阀可以用于实现上述流动控制，该美国专利在此通过参引并入本文。通常，旋转阀采用两个元件，即定子和转子，该定子包括成角度布置的孔，并且该转子包括延伸越过一定角度距离的槽。转子槽在与定子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种主动式磁回热制冷机(AMR)设备，包括：第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床，所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床具有第一端部和第二端部；第一热交换器(HEX)，所述第一热交换器(HEX)具有入口和出口；轴，所述轴能够绕轴线旋转；磁体，所述磁体附接至所述轴以在所述轴旋转的情况下向所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床施加随时间变化的磁场；第一阀，当所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地移动远离所述磁体的情况下被施加的场处于低状态时，所述第一阀将所述第一热交换器(HEX)的出口以可切换的方式连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于所述第一热交换器(HEX)的出口与所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间的流体流动；第二阀，当所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地靠近所述磁体的情况下被施加的场处于高状态时，所述第二阀将所述第一热交换器(HEX)的入口以可切换的方式连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于所述第一热交换器(HEX)的入口与所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间的流体流动；以及其中，所述第一阀和所述第二阀包括：(a)至少一对阀板，所述至少一对阀板以旋转滑动的方式连通并且绕所述轴同轴地定位，其中，第一阀板被附接成与所述轴一起相对于第二阀板旋转，阀板包括阀端口，所述阀端口移动成对准以及未对准，在所述阀端口移动成对准时允许流体流穿过所述阀端口并且在所述阀端口移动成未对准时阻止流体流穿过所述阀端口，其中，所述阀板中的至少一个阀板被安装成相对于所述阀板中的另一阀板沿着所述轴的轴线移动；以及(b)弹簧状物体，所述弹簧状物体将所述阀板轴向地迫压成彼此相接触。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.15 US 62/091,8491.一种主动式磁回热制冷机(AMR)设备，包括：第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床，所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床具有第一端部和第二端部；第一热交换器(HEX)，所述第一热交换器(HEX)具有入口和出口；轴，所述轴能够绕轴线旋转；磁体，所述磁体附接至所述轴以在所述轴旋转的情况下向所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床施加随时间变化的磁场；第一阀，当所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地移动远离所述磁体的情况下被施加的场处于低状态时，所述第一阀将所述第一热交换器(HEX)的出口以可切换的方式连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于所述第一热交换器(HEX)的出口与所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间的流体流动；第二阀，当所述第一主动式磁回热制冷机(AMR)用床在其相对地靠近所述磁体的情况下被施加的场处于高状态时，所述第二阀将所述第一热交换器(HEX)的入口以可切换的方式连接至所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部以用于所述第一热交换器(HEX)的入口与所述主动式磁回热制冷机(AMR)用床的第一端部之间的流体流动；以及其中，所述第一阀和所述第二阀包括：(a)至少一对阀板，所述至少一对阀板以旋转滑动的方式连通并且绕所述轴同轴地定位，其中，第一阀板被附接成与所述轴一起相对于第二阀板旋转，阀板包括阀端口，所述阀端口移动成对准以及未对准，在所述阀端口移动成对准时允许流体流穿过所述阀端口并且在所述阀端口移动成未对准时阻止流体流穿过所述阀端口，其中，所述阀板中的至少一个阀板被安装成相对于所述阀板中的另一阀板沿着所述轴的轴线移动；以及(b)弹簧状物体，所述弹簧状物体将所述阀板轴向地迫压成彼此相接触。2.根据权利要求1所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述弹簧状物体是位于弹簧支承件与所述阀板中的被接触的阀板之间的压缩弹簧，并且其中，所述弹簧支承件的位置能够被调节以对弹簧作用在所述被接触的阀板上的力进行控制。3.根据权利要求2所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述阀板被保持在流体室内，所述流体室接纳由阀控制的流体，并且其中，所述弹簧支承件能够通过在关于所述轴同轴的带螺纹元件上的旋转而被调节，并且其中，所述流体室包括可密封的开口，所述可密封的开口允许触及所述弹簧支承件，以用于使所述弹簧支承件相对于所述带螺纹元件旋转，从而使所述弹簧支承件沿着所述轴轴向地移动。4.根据权利要求2所述的主动式磁回热制冷机(AMR)设备，其中，所述第一阀板通过连结部附接至所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·保罗·莱昂纳德，约恩·杰伊·奥林格，安德烈·迈克尔·伯德尔，杰里米·乔纳森·谢尔，卡尔·布鲁诺·齐姆，
申请(专利权)人：美国宇航公司，
类型：发明
国别省市：美国,US