CN103423913B - 建筑物及其热交换*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供建筑物及其热交换***。该热交换***，用于调控一建筑物的室内温度，包括一磁冷装置、一室内热交换器以及一室外热交换器。室内热交换器热连接该磁冷装置。室外热交换器热连接该磁冷装置，室外热交换器包括一地热交换单元，其中，该地热交换单元埋设于该建筑物的地下。该建筑物，设于一地上，包括一建筑物本体和一热交换***。该热交换***包括：一磁冷装置；一室内热交换器，设于该建筑物本体之内，并热连接该磁冷装置；以及一室外热交换器，设于该建筑物本体之外，并热连接该磁冷装置，室外热交换器包括一地热交换单元，其中，该地热交换单元埋设于该建筑物地下。

Description

建筑物及其热交换***
技术领域
本发明有关于一种建筑物及热交换***，特别有关于一种具有磁冷装置的建筑物及热交换***。
背景技术
现有的空调装置一般包括一压缩机用以将冷却流体压缩，以提高其温度，并包括膨胀装置，用以对该冷却流体解压缩而使其冷却。这些传统的装置具有许多缺点。如，作为冷却流体的气体如氟氯碳化物会产生严重的污染，并危急大气层中的臭氧层。因此，这些气体并不符合现今的需求，也不符合许多国家的环保标准。此外，这些传统的装置，在压力下运作，需要由受训良好的人员进行安装以及维护，其必须遵守繁琐的步骤以及许多高度伤害的要求。最后，这些装置噪音大，制造震动，笨重且复杂，并耗费大量的电力，因此无法满足现代需求。
发明内容
本发明即为了解决现有技术的问题而提供一种建筑物及热交换***。
本发明热交换***，用于调控一建筑物的室内温度，包括一磁冷装置、一室内热交换器以及一室外热交换器。室内热交换器热连接该磁冷装置。室外热交换器热连接该磁冷装置，包括一地热交换单元，其中，该地热交换单元埋设于该建筑物的地下。
应用本发明实施例的热交换***，在夏天，建筑物的温度高于地的温度，因此磁冷装置将热量从建筑物传递至地，以冷却建筑物；在冬天，建筑物的温度低于地的温度，因此磁冷装置将热量从地传递至建筑物，以加热建筑物。本发明通过与地进行热交换的方式提高热交换效率。此外，本发明应用磁冷装置以取代传统的压缩机，其具有安静、震动少、耗电量少等优点。
附图说明
图1A显示本发明第一实施例的热交换***，其中，该热交换***处于一冷却状态；
图1B显示本发明第一实施例的热交换***，其中，该热交换***处于一加热状态；
图2显示本发明第一实施例的一变形例的热交换***；
图3A显示本发明第二实施例的热交换***；
图3B显示图3A中的3B-3B’方向截面图；
图4显示本发明实施例的磁冷装置的分解图；
图5显示图1的装置的载热流体的热能构件侧视剖面图；以及
图6A以及图6B显示图1的装置的仰视图以及俯视图。
其中，附图标记说明如下：
B～建筑物
S、S’、S’’～热交换统
M～磁冷装置
IE～室内热交换器
OE、OE’、OE’’～室外热交换器
GE、GE’’～地热交换单元
GE1～外流道
GE2～内流道
GE3～绝缘层
AE～空气热交换单元
1～装置
10～热流发生单元
11～热能构件
12～磁热元件
13～导热元件
14～传输区
15～壁
16～入口孔
17～出口孔
18～底板
19～绝热垫
100～连通孔
102～磁性装置
103～磁性元件
104～活动支架(环体)
具体实施方式
图1A显示本发明第一实施例的热交换***S，用于调控一建筑物B（建筑物本体）的室内温度。该热交换***S包括一磁冷装置M、一室内热交换器IE以及一室外热交换器OE。该室内热交换器IE，设于该建筑物B（建筑物本体）之内，并热连接该磁冷装置M。该室外热交换器OE设于该建筑物B（建筑物本体）之外，并热连接该磁冷装置M。该室外热交换器OE包括一地热交换单元GE，其中，该地热交换单元GE埋设于该建筑物B下的地G之中。
如图1A所示，在一冷却状态时，该建筑物B内的热量通过该磁冷装置M，从该室内热交换器IE传递至该室外热交换器OE，并被传递至地下。参照图1B，在一加热状态时，来自于地G下的热量通过该磁冷装置M，从该室外热交换器OE传递至该室内热交换器IE，以加热该建筑物B。
参照图1A，在第一实施例中，该室外热交换器OE还包括一空气热交换单元AE，其中，该空气热交换单元AE以及该地热交换单元GE热连接该磁冷装置M。
在第一实施例中，一室外载热流体(未图示)被填充于该室外热交换器OE。该室外载热流体从该磁冷装置M，经过该空气热交换单元AE以及该地热交换单元GE，再流回该磁冷装置M，以传递热量。该空气热交换单元AE以及该地热交换单元GE可包括曲折结构以改善热交换效率。图2显示本发明第一实施例的一变形例的热交换***S’，其中，室外热交换器OE’的空气热交换单元AE’以及地热交换单元GE’具有螺旋结构以改善热交换效率。
图3A显示本发明第二实施例的一热交换***S’’，其中，室外热交换器OE’’的地热交换单元GE’’包括一外流道GE1、一内流道GE2以及一绝缘层GE3，其中，该绝缘层GE3分隔该内流道GE2以及该外流道GE1。该室外载热流体从该磁冷装置M，沿该内流道GE2移动，并经过该外流道GE1回到该磁冷装置M，以与地G进行热交换。参照图3B，其显示图3A中的3B-3B’方向截面图。
应用本发明实施例的热交换***，在夏天，建筑物的温度高于地的温度，因此磁冷装置将热量从建筑物传递至地，以冷却建筑物；在冬天，建筑物的温度低于地的温度，因此磁冷装置将热量从地传递至建筑物，以加热建筑物。本发明通过与地进行热交换的方式提高热交换效率。此外，本发明应用磁冷装置以取代传统的压缩机，其具有安静、震动少、耗电量少等优点。
图4、5和6A-6B显示本发明实施例的磁冷装置M的细部结构。该磁冷装置M包括一装置1用以通过磁热材料发生热流。该装置1包括一热流发生单元10，设有12个热能构件11，每一热能构件11形成一圆扇形体。每一热能构件11构成可按需要调节的独立机械元件。这些热能构件11连续布置，以基本形成一圆，并且由一个或多个隔热元件如一间隙J、一绝热材料或各种其他等同的方法两两分开。
热能构件11包括一磁热元件12，该磁热元件12由磁热材料制成，例如钆(Gd)与硅(Si)、锗(Ge)、铁(Fe)、镁(Mg)、磷(P)、砷(As)或其他等效的可磁化合金或材料。磁热材料是根据要达到的致热功率以及致冷功率、及所需温度范围进行选择的。同样，在热能构件11中使用的磁热材料的数量取决于装机的致热功率以及致冷功率、运行的温度范围，装机的磁场强度及磁热材料的特性。例如，用一克的钆、1.5特斯拉（Telsla）的磁场、33摄氏度的温度范围，以及4秒的周期，此周期包括相继的暴露于磁场的阶段或没有暴露于磁场的阶段，可得到160W的致冷效果。
在此例中，磁热元件12为一圆扇形体，且每个热能构件11具有一个导热元件13，该导热元件13使磁热材料侧向延展。导热元件13由一热传导特性良好的传导材料制成，例如铜、铜合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢、不锈钢合金、或其他等效材料。所以，当磁热元件12在一变化磁场作用下加热或冷却时，它便将部分的热量(calories)或冷却量(frigories)传递给快速加热或冷却的导热元件13，增加热能构件11的热吸收能力。因此热能构件11的几何形状需有利于与磁性元件103大面积接触。一般来说，磁热材料可以是块状、片状、粉状或团聚块或其他各种适当形状。磁热元件12可有若干磁热材料，例如并列布置的若干片材等。
每个热能构件11包括一传输区14，其供要加热或冷却的载热流体通过，图5所示的传输区14，由同一侧通出的一贯穿管道构成，在本实施例中，是从热能构件11的实质平坦的壁15上的一入口孔16通入和一出口孔17通出。当然，可以这样设置：对于整个或部分热能构件11，入口孔16和出口孔17的两个壁15上，甚至分布在一大量的壁15上，这些壁15可以是完全平整的，也可以是不平整的。
热能构件11通过支撑在其具有入口孔16和出口孔17的壁15上而被固定在一由机械刚性高的材料制成的底板18上。在与底板18相对的表面上，热能构件11配设有凸肩11’，以增加截面的面积，从而将热能构件11安装于底板18上，并可改善与载热流体的热交换底板18和热能构件11以绝热垫19隔离。这个绝热垫19和底板18具有通连孔100，从而允许载热流体通过。通连孔100配设有接头(未图示)，以连接各热能构件11的传输区14的入口孔16和出口孔17至一个或多个配设有热交换器的外部回路(未图示)。这些外部回路，例如，由硬管或软管构成，每个管都装满相同或不同的载热流体，外部回路和传输区14形成载热流体回路。
每个载热流体回路具有载热流体的强制或自由循环装置(未图示)，例如一个泵，或其他等效装置。载热流体的化学成分适应于预期的温度范围，以便获得一最大限度的热交换。比如，对于正温度使用纯净水，对于负温度使用掺有防冻剂的水，如甘醇酸产品。因此，装置1可避免使用各种腐蚀性的、或对人体和/或环境有害的液体。每个载热流体回路另外配有排放装置(未图示)，如交换器或其他等效装置，以便分散热量或冷却量。
装置1的磁性装置102具有多个磁性元件103，每个磁性元件103配设有一块或多块实心的、烧结的或层叠的永磁体，其与一种或多种可磁化材料相关，集中或控制永磁体的磁场磁力线。可磁化材料包括铁、钴、钒、软铁、及其组合或等效材料。此外，也可使用其他等效磁体，如，电磁体、超导体。但，永磁体在尺寸使用简单性、电能低耗和低成本方面有显著优点。
磁性元件103由一活动支架104支撑。在此实施例中，装置1具有六个磁性元件103，基本上呈圆形、连续的、两两分开一间距I的布置。这些磁性元件103为U形或C形，其间隔使热能构件11可自由通过。磁性元件103沿一基本环形的支架的径向上固定，该支架形成环体104。该环体104在两个位置间绕其轴枢转的安装，且连接至交替驱动装置（未显示），从而使环体104从一个位置至另一位置交替的通过。交替驱动装置例如是电机、作动器、弹力机构、空气发动机、电磁体、液压发动机或其他等效装备。相较连续运动或步进运动。另外，这种交替运动只需要两个位置，因此，运行简单、行程短、易控制。
磁性元件103接合在部分热能构件11之上，从而热能构件11跨坐并镶接在磁性元件103的分支两侧。热能构件11的数目等于磁性元件103的数目的两倍，当磁性元件103相对于热能构件11交替运转时，热能构件11相继地正对或不正对着一磁性元件103。
在本实施例中，热能构件11以几乎平行(essentiallyparallel)的方式朝向环体104的枢转轴，而磁性元件103的缺口以几乎平行的方式朝该相同的枢转轴。
在一实施例中，装置1具有通断装置和同步装置。因此，在第一步，由处于磁场下的热能构件11加热载热流体，载热流体在一“热回路”中朝向一热交换器流动。在第二步，由在无磁场下或在不同磁场下的热能构件11冷却载热流体，载热流体在一“冷回路”中朝向一冷交换器流动。
此热发生流动单元10可与其他类似或不类似的单元连接，该热发生流动单元10可与其他单元是串联的和/或并联的连接。
虽然本发明已以具体的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种热交换***，用于调控一建筑物的室内温度，其特征在于，包括：
一磁冷装置；
一室内热交换器，热连接该磁冷装置；以及
一室外热交换器，热连接该磁冷装置，该室外热交换器包括一地热交换单元，其中，该室外热交换器设于该建筑物本体之外，且该地热交换单元埋设于该建筑物的地下；该室外热交换器还包括一空气热交换单元，该空气热交换单元以及该地热交换单元热连接该磁冷装置；
一室外载热流体被填充于该室外热交换器，该室外载热流体从该磁冷装置，先至该空气热交换单元，再到该地热交换单元，之后流回该磁冷装置。
2.如权利要求1所述的热交换***，其特征在于，在一冷却状态时，该建筑物内的热量通过该磁冷装置，从该室内热交换器传递至该室外热交换器，并被传递至地下；在一加热状态时，来自于地下的热量通过该磁冷装置，从该室外热交换器传递至该室内热交换器，以加热该建筑物。
3.如权利要求1所述的热交换***，其特征在于，该地热交换单元包括一曲折结构。
4.如权利要求1所述的热交换***，其特征在于，该地热交换单元包括一外流道、一内流道以及一绝缘层，其中，该绝缘层分隔该内流道以及该外流道，该室外载热流体从该磁冷装置，沿该内流道移动，并经过该外流道回到该磁冷装置，以使室外载热流体与地进行热交换。
5.一种建筑物，设于一地上，其特征在于，包括：
一建筑物本体；
一热交换***，包括：
一磁冷装置；
一室内热交换器，设于该建筑物本体之内，并热连接该磁冷装置；以及
一室外热交换器，设于该建筑物本体之外，并热连接该磁冷装置，室外热交换器包括一地热交换单元，其中，该室外热交换器设于该建筑物本体之外，且该地热交换单元埋设于该建筑物地下；该室外热交换器还包括一空气热交换单元，其中，该空气热交换单元以及该地热交换单元热连接该磁冷装置；
一室外载热流体被填充于该室外热交换器，该室外载热流体从该磁冷装置，先至该空气热交换单元，再到该地热交换单元，之后流回该磁冷装置。
6.如权利要求5所述的建筑物，其特征在于，在一冷却状态时，该建筑物内的热量通过该磁冷装置，从该室内热交换器传递至该室外热交换器，并被传递至地下；在一加热状态时，来自于地下的热量通过该磁冷装置，从该室外热交换器传递至该室内热交换器，以加热该建筑物。
7.如权利要求5所述的建筑物，其特征在于，该地热交换单元包括一曲折结构。
8.如权利要求5所述的建筑物，其特征在于，该地热交换单元包括一外流道、一内流道以及一绝缘层，其中，该绝缘层分隔该内流道以及该外流道，该室外载热流体从该磁冷装置，沿该内流道移动，并经过该外流道回到该磁冷装置，以使室外载热流体与地进行热交换。
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