[发明专利]双模式磁冷藏装置和组合磁冷藏-冷冻装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月17日提交的美国临时申请号61/738,230的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景

现代室温磁冷藏(MR)系统可采用主动式磁再生器(AMR)循环进行冷却。AMR循环的早期实施可见美国专利号4,332,135，其全部内容通过引用并入本文。AMR循环具有四个阶段，如图1a至1d中示意性显示。图1a至1d中的MR系统包括磁热材料(MCM)的多孔床190和传热流体，随着所述传热流体流过MCM床190其与MCM换热。在图1a至1d中，床的左侧是冷侧，而热侧在右边。在可选的实施方式中，可颠倒热和冷侧。流体流动的定时和方向(热-至-冷或冷-至-热)可与磁场的施加和移除相互配合。可通过永磁体、电磁体或超导磁体提供磁场。

在AMR循环的示意性例子图1a中，发生循环的第一阶段“磁化”。当MCM床190中的流体停滞时，磁场192施加至MCM床190，使其发热。在图1a中所显示的磁化阶段中，显示的四个阀都是关闭的，防止流体流过MCM床190。四个阀包括冷入口阀182、冷出口阀184、热出口阀186和热入口阀188。在图1b中，发生循环的第二阶段“冷-至-热-流动”。保持MCM床190上方的磁场192，并且温度T_Ci(冷入口温度)的流体从冷侧至热侧泵送通过MCM床190。在该阶段期间，冷入口阀182和热出口阀186打开，以利于流体移动通过MCM床190。在该阶段期间，冷出口阀184和热入口阀188关闭。流体从MCM床190的每个部分移除热，随着其通过MCM床190的下一部分，冷却MCM床190和温热流体，其中该过程在更高的温度下继续。流体最终达到温度T_Ho(热出口温度)，其中其通过热出口阀186离开MCM床190。典型地，该流体循环通过热侧热交换器(HHEX)194，其中其将热排出至周围环境。在图1c中，第三阶段，发生“去磁”。当关闭冷入口阀182和热出口阀186并且去除磁场192时，流体流动停止。在该阶段期间也关闭冷出口阀184和热入口阀188。这使得MCM床190进一步冷却。在图1d中，发生循环的最后阶段，“热-至-冷-流动”。这里，温度T_Hi(热入口温度)下的流体在继续缺少磁场192的情况下从热侧至冷侧泵送通过MCM床190。在该阶段中，打开冷出口阀184和热入口阀188，而关闭冷入口阀182和热出口阀186。随着流体经过MCM床190的下一部分，流体为MCM床190的每个部分加热，温热MCM床190和冷却流体，其中在更低温度下进行该过程。流体最终达到温度T_Co(冷出口温度)，其是在该循环中流体达到的最冷温度。典型地，该更冷的流体循环通过冷侧热交换器(CHEX)196，其中其从冷藏系统摄取热，使得该系统维持其冷的温度。

K.L.Engelbrecht，G.F Nellis，S.A Klein,和C.B.Zimm，室温主动式磁再生冷藏的最新进展(Recent Developments in Room Temperature Active Magnetic Regenerative Refrigeration)，HVAC&R Research，13(2007)pp.525-542(下文“Engelbrecht等”)中叙述了AMR循环的主要优势，其全部内容通过引用并入本文。优势是跨度(耗热时的温度减吸热时的温度)可远大于当施加磁场时磁热材料的温度改变的绝对值(绝热温度改变，δ-T_ad)。

完全执行AMR循环的四个阶段需要的时间称为循环时间，并且其倒数称为循环频率。MR系统的“温度跨度”定义为T_Hi–T_Ci，其是入口流体温度的差。AMR循环与蒸汽压缩循环类似，其中气体压缩(其使得气体变热)在磁化中起作用，并且其中气体的自由膨胀(其使气体温度下降)在去磁中起作用。在蒸汽压缩循环中，传热流体改变CHEX和HHEX中的相，有助于传热。在AMR循环的CHEX和HHEX中不需要这样的相变，而是可使用具有高单相传热系数的流体，比如水。尽管图1a至1d阐释了单床MR系统的操作，但是在可选的实施方式中，在单个系统中可结合每个经历相同AMR循环的多个床，以增加冷却能力，减小系统尺寸，或以其他方式改善AMR循环的实施。

发明内容