[发明专利]热装置及其热交换优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热装置，包括奇数N个封闭的初级回路，每个回路包括串行连接到至少一个热交换区的至少两个输出点，在热交换区中流通着次级流体，操纵设备使称作初级流体的载热流体根据周期T的交替循环在所述初级回路中位移，周期T包括T/2半周期的两个位移阶段，所述阶段对应于初级流体的导致相同流量和体积曲线但相反方向的两个位移。

本发明还涉及热装置的热交换的优化方法。热装置包括奇数N个封闭的初级回路，每个回路包括串行连接到至少一个热交换区的至少两个输出点，在热交换区中流通着次级流体，所述方法包括使称作初级流体的载热流体根据周期T的交替循环在所述初级回路中移动，周期T包括两个T/2半周期的偏移阶段，所述阶段对应于初级流体的导致相同流量和体积轮廓但相反方向的两个位移。

背景技术

热装置应该能够与外部应用交换自己产生的热能。这样的交换通常通过优选地被设计为实现优化热交换的热交换器实现。在初级流体，也就是说运输由热装置产生的热能的载热流体根据往返交替运动而位移的热装置的情况下，在初级流体和称作次级流体的外部应用的流体之间的热交换效率由于初级流体的流通方向改变而成问题。实际上，初级流体的流通方向的这种反转一方面导致有时逆流有时顺流，另一方面导致初级流体在热交换器中的不恒定和断续，以及在初级回路的输入/输出的温度反转，以使得热交换不是最优的。

在本发明的意义上，初级流体的交替位移对应于具有规则流通方向的改变的位移，也就是说，具有往返的位移，这尤其是其中初级流体透过磁热材料沿着往返运动位移以便在磁热材料中建立热梯度的磁热式热装置的情况。

这些热装置利用某些材料的磁热效果(EMC)，这包括当这些材料经受磁场时温度的变化。在这样的装置中，磁热材料经受一系列磁化和消磁阶段并且与初级载热流体的热交换被实现以在这些材料内部达到尽可能宽的温度变化(温度梯度)。为此，初级流体的流通被交替并且该初级流体在透过磁热材料的通道或孔中流通。磁热循环包括两个阶段，即磁化阶段和消磁阶段，这表现为在每个阶段可用的能量。该循环被重复直到几赫兹的频率。在这些阶段期间，磁热材料被初级流体流遍，初级流体在所述磁化阶段时在接触材料之后变热，或者在所述消磁阶段在接触材料之后冷却。

因此，在具有交替初级流量的热装置中，与次级流体的热交换强烈依赖于流通方向的改变频率以及初级流体的温度。该现象在磁热式热装置中被放大，在磁热式热装置中，位移的初级载热流体或者与经受加热的磁热材料热交换，或者与经受冷却的磁热材料进行热交换。鉴于初级流体进行往复，在流通方向每次改变时在热交换器中存在初级流体的位移停止时间。这些停止时间对于热交换器的效率有负面影响，这是因为位移的持久机制尚未建立并且交换器中的热交换不稳定，使得环境温度的影响被增大并且导致热损失。

为了最优地利用热装置的能力，因此必须使初级回路和次级回路之间的热交换的特征被改进、优化并且尽可能恒定。如上所述，热装置的初级回路与次级回路的热交换在使用初级流体的交替且不连续顺次位移的初级回路的情况下是成问题的。

发明内容

本发明旨在通过提出以下热装置来克服这些缺陷：在该热装置中，通过限制热交换区中的初级回路的流量变化以尽可能地减少热交换器中的停滞时间，来优化在初级回路和一个或多个外部应用的次级回路之间的热能传递。

为此，本发明涉及一种在开始部分指出类型的热装置，该热装置的特征在于，操纵装置被布置为使得初级流体的循环的开始在所述初级回路中的各个初级回路之间相位偏移T/2N，所述交换区的输入以单向方式连接到包括所述初级回路的第一组输出点的第一集合，离开第一组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间相位偏移T/N，以及交换区的输出以单向方式连接到包括所述初级回路的第二组输出点的第二集合，离开第二组输出点的初级流体的流量的分量彼此之间也相位偏移T/N并且相对于离开所述第一集合的输出点的初级流体的流量的分量相位偏移T/2，以使得第一集合的进入所述交换区的载热流体的流量之和总是大于零。

这样的测量允许保证初级流体在热交换器中总是处于运动状态，并且因此趋向于尽可能稳定的初级流体的流量，并且因此趋向于使初级流体和次级流体之间的热交换优化的建立的动态。

输出点的第一集合可包括所述初级回路中的每个初级回路的输出点之一并且输出点的第二集合可包括其他输出点。