(57)【要約】  磁気冷却システムは、バルブ面を封止するために必要な力を均衡させ、漏れにおける摩耗の影響を低減し、バルブのアセンブリ及び調整を容易にし、バイパス流れの潜在性を低減し、ドライブシャフトの圧力及び腐食を低減し、及びよりコンパクトなシステムを提供する回転バルブ構成を備える。
2017538097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ磁気再生冷却（ＡＭＲ）装置であって、
第１の端部と第２の端部とを備える第１のＡＭＲベッドと、
入口と出口とを備える第１の熱交換器（ＨＥＸ）と、
軸に沿って回転可能であるシャフトと、
前記軸の回転にて前記第１のＡＭＲベッドに時間的に変化する磁界を印加するために前記シャフトに設けられている磁石と、
前記第１のＡＭＲベッドにおける前記磁界が前記磁石から相対的に離れているロー状態であるときに、前記第１のＨＥＸの前記出口と前記ＡＭＲベッドの前記第１の端部との間の流体流れに関して、前記第１のＨＥＸの前記出口を前記ＡＭＲベッドの前記第１の端部に置き換え可能に接続している第１のバルブと、
前記第１のＡＭＲベッドにおける前記磁界が前記磁石に相対的に近づいているハイ状態であるときに、前記第１のＨＥＸの前記入口と前記ＡＭＲベッドの前記第１の端部との間の流体流れに関して、前記第１のＨＥＸの前記入口を前記ＡＭＲベッドの前記第１の端部に置き換え可能に接続している第２のバルブと、を備えており、
前記第１及び第２のバルブは、
（ａ）前記シャフトについて回転スライド接続し同軸に設けられたバルブプレートの少なくとも１つの組であって、第１のバルブプレートは、第２のバルブプレートに関して前記シャフトにて回転するように設けられており、前記バルブプレートは、合致のときにバルブポートを介する流体流れを許容し、ずれのときに前記バルブポートを介する流体流れをブロックするために、合致及びずれに移動する前記バルブポートを備えており、前記バルブポートの少なくとも１つは、前記バルブプレートの外側に関して前記シャフトの前記軸に沿って移動するように設けられている、前記バルブプレートの少なくとも１つの組と、
（ｂ）軸方向に相互に接触する前記バルブプレートを付勢しているばね状物体と、を備えている、
装置。
【請求項２】
前記ばね状物体は、ばね支持部と前記バルブプレートの接触バルブプレートとの間に設けられる圧縮ばねであり、前記ばね支持部の前記位置は、前記接触バルブプレートにおける前記ばねの力を制御するために調整可能である、
請求項１に記載のＡＭＲ装置。
【請求項３】
前記バルブプレートは、前記バルブによって制御される流体を受けるプレナムの内部に保持され、前記ばね支持部は、前記シャフトについて同軸の螺合要素における回転によって調整され、前記プレナムは、前記シャフトに沿って軸方向に前記ばね支持部を移動させるために、前記螺合要素に関して前記ばね支持部を回転するために前記ばね支持部にアクセスすることを許容する封止可能開口を備えている、
請求項２に記載のＡＭＲ装置。
【請求項４】
前記第１のバルブプレートは、前記シャフトの軸についての回転において前記バルブプレート及びシャフトの相対運動を防止している間に、前記第１のバルブプレートの軸方向移動に加えて前記第１のバルブプレートの角度形成を可能にする接続部を介して前記シャフトに設けられる、
請求項２に記載のＡＭＲ装置。
【請求項５】
前記接続部は、内部係合軸スロットと放射ピンとを備える、
請求項４に記載のＡＭＲ装置。
【請求項６】
前記シャフトは、前記シャフト及びバルブプレートにおけるキーウェイ及びキーシートを接続する鍵を用いて前記第１のプレートに接続され、前記鍵は、第１の方向における前記シャフトの第１の終端からの前記鍵の引き抜き、及び前記第１の方向とは反対の第２の方向における前記シャフトの引き抜きを可能にするために、前記シャフトの終端に延在する、
請求項１に記載のＡＭＲ装置。
【請求項７】
前記シャフトは、バルブからの流体を受けているプレナムを介して通り、スリーブアセンブリによって前記プレナムから分離される、
請求項１に記載のＡＭＲ装置。
【請求項８】
前記スリーブアセンブリは、前記軸についての第２のスリーブ部に関する第１のスリーブの相対回転移動を可能にする他の部分の対応スライド封止に接続されているスライド封止を備えている前記シャフトの各部分の異なる軸部分における前記第１及び第２のスリーブ部を備える、
請求項７に記載のＡＭＲ装置。
【請求項９】
前記スライド封止は、間の漏れを防止するために係合部に前記第１及び第２の封止部を付勢しているばねを備える、
請求項８に記載のＡＭＲ装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２のバルブは、前記回転可能シャフトと回転スライド接続し同軸に設けられる１組のバルブプレートを備える、
請求項１に記載のＡＭＲ装置。
【請求項１１】
前記バルブプレートは、少なくとも１つのバルブプレートの外側周辺に接続されている第１のプレナムへの流体の通路を示す第１の位置において、及び、少なくとも１つのバルブプレートの内側周辺に接続されている前記第１のプレナムから分離した流体及び第２のプレナムへの流体通路を示すための第２の位置において協同する、
請求項１０に記載のＡＭＲ装置。
【請求項１２】
入口及び出口を備えている第２の熱交換器（ＨＥＸ）を更に備え、
前記第１のＡＭＲベッドにおける前記磁界がロー状態であるときに、前記第２のＨＥＸの前記入口を前記ＡＭＲベッドの前記第２の端部に流体接続する第３のバルブと、
前記第１のＡＭＲベッドにおける前記磁界がハイ状態であるときに、前記第２のＨＥＸの前記出口を前記ＡＭＲベッドの前記第２の端部に流体接続する第４のバルブと、を備える、
請求項１に記載のＡＭＲ装置。
【請求項１３】
前記第３及び第４のバルブは、チェックバルブである、
請求項１２に記載のＡＭＲ装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのバルブプレートは、炭素材料である、
請求項１に記載のＡＭＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府の支援による研究又は開発に関する宣言
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、参照によって本明細書に組み込まれる２０１４年１２月１５日付け米国仮出願第６２／０９１，８４９の優先権を主張し、参照によって本明細書に組み込まれる２０１４年１２月１日付け米国非仮出願第１４／５５６，４２４号の一部継続出願であり、参照によって本明細書に組み込まれる２０１３年１２月１７日付け米国仮出願第６１／９１７，０２５の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景技術
磁気冷却（ＭＲ）は、磁界に設けられるときに熱が上がり、磁界が取り除かれるときに冷める一定の材料によって示される特性である、磁気熱量効果に基づいている新しい冷却技術である。磁気冷却は、現在最も広範に用いられる冷却方法である蒸気圧縮を超える多数の明確な利点を提供する。まず、ＭＲは、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣｓ）、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣｓ）、あるいはいかなる他の気体材料も用いない；ＭＲシステムの冷媒は、多孔質固体の形態である。いかなる気体も存在しないことは、蒸気圧縮における一般的な問題である漏れの可能性を減少させる。結果として、ＭＲシステムは、メンテナンス及び故障を減少することにより多大な信頼性を備え得る。ＨＦＣｓ及びＣＦＣｓの除去は環境にとって有益であるが、これは、これらの気体がオゾン層を破壊し地球温暖化をもたらすためである。最後に、特にオフピーク負荷状態において、ＭＲシステムが蒸気圧縮システムよりエネルギー効率が良くなり得ることが、理論的研究によって示されている。
【０００４】
磁気冷却の一般的な背景技術は、Ｋ．チェニドナー及びＶ．ペチャスキー著，「室温付近の磁気冷却の３０年：我々の現在及び将来の予測」，冷却国際ジャーナル３１：９４５?９６１，２００８、Ｋ．エンジェルブレクト，Ｇ．ニールズ，Ｓ．クライン，及びＣ．ジム，「室温動作磁気回生冷却の現在の開発」，ヒーバックアンドアール研究，１３（４）：５２５?５４２，２００７であって、参照によって本明細書に両方組み込まれるものにおいて、見出され得る。現在の室温ＭＲシステムは、参照によって本明細書組み込まれる、米国特許第４，３３２，１３５号において開示されているように、冷却を実行するためにいわゆるアクティブ磁気再生（ＡＭＲ）サイクルを実装する。このサイクルは図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び１Ｄにおいて模式的に示されている４つのステージを備える。これらの図におけるＭＲシステムは、磁気熱量材料（ＭＣＭ）の多孔ベッド１９０と、ベッド１９０を介して流れるときにＭＣＭにて熱を交換する熱伝達流体とを備える。ベッド１９０の左側は低温側であり、高温側は右側である。流体の流れのタイミング及び方向（高温から低温、あるいは、低温から高温）は、磁界１９２の印加及び除去にて調整される。図１Ａのサイクルの第１のステージ（「磁化」）において、ベッド１９０の流体が停滞している間に、磁界１９２は加熱のためにＭＣＭに印加される。図１Ｂの次のステージ（「高温ブロー」）において、ベッド１９０において磁界１９２が維持されている間、低温入口１８２を介する温度ＴＣｉ（低温入口温度）の流体は、低温側から高温側にベッドを介して送られる。この流体はベッドにおけるＭＣＭから熱を奪い、ベッド１９０を通過するときに温度が上がる。高温ブローの間、流体は、高温出口１８６を介してＴＨＯ（高温出口温度）にてベッド１９０を出て、周囲環境に熱を放出し温度ＴＨｉ（高温入口温度）＜ＴＨＯに戻す高温側熱交換器１９４を介して循環される。図１Ｃの次のステージ（「消磁」）において、流体流れは停止され、磁界は除去される。このことがベッド１９０を更に冷却する。図１Ｄの最後のステージ（「低温ブロー」）において、温度ＴＨｉの流体は、磁界が継続して欠如している状態において、低温側に高温入口１８８を介して高温側からベッド１９０を介して送られる。流体はベッド１９０におけるＭＣＭを通過するときに冷却され、温度ＴＣＯ（低温出口温度）＜ＴＣｉに到達する。低温出口１８４を介する低温ブローの間のベッド１９０に存在しているより低温の流体は、冷却環境から熱を奪う低温側熱交換器１９６を介して循環される。流体は、温度ＴＣｉにて低温側熱交換器１９６を出てＡＭＲサイクルを完了する。低温ブローの間に低温側熱交換器１９６において低温流体によって吸収された熱は、冷却環境がより低い温度に維持されることを可能にする。
【０００５】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄは、単一ベッドＭＲシステムの動作を図示しているが、冷却能力を増加させるために、システムサイズを減少させるために、あるいはサイクルの能力を改善するために、同様なＡＭＲサイクルを各々行う多数ベッドが単一システムにおいて組み合わされてもよい、ことについて当業者は理解するであろう。
【０００６】
ＡＭＲサイクルを実装するために、磁気冷却装置は、磁気熱量材料の１つ以上の多孔ベッド、熱伝達流体、ベッドを介して流体を流すためのポンプ、ベッドに磁界を印加及び除去するための手段、ベッドにおける磁界の印加及び除去と共に、ベッドを介する流体流れのタイミング及び方向を調整する流れ制御システムを要する。磁気冷却装置におけるＡＭＲサイクルの１つの実装において、参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許第７，１４８，７７７号において開示されているもののような、ギャップを有する磁石アセンブリは、磁気熱量材料の固定ベッドにおいて回転する。固定ベッドは、磁石アセンブリのギャップにおいて合致し、及び磁界は、磁石アセンブリギャップが回転するときに、与えられたベッドに印加される。磁界は、磁石ギャップの内部に残存するときに、ベッドにて維持される。磁石が与えられたベッドから離れて回転するときに、磁界は除去される。「回転磁石」磁気冷却装置又はＲＭＭＲと称するこの実装は、参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許第６，６６８，５６０号において記載されている。
【０００７】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄに示されるように、ＲＭＭＲにおける各ベッドは、４つの流体ポートを備える。これらのポートのうちの２つである高温入口ポート１８８及び高温出口ポート１８６は、ベッド１９０の高温側に設けられ、一方、２つの他のポートである低温入口ポート１８２及び低温出口ポート１８４は、ベッド１９０の低温側に設けられる。入口ポート１８８及び１８２は、ベッド１９０における磁気熱量材料に流体を送り、一方、出口ポート１８６及び１８４は、磁気熱量材料から出る流体を収集する。分離入口及び出口ポートを用いることによって、概ね異なる温度である入口及び出口流体流れの混合は、最小化される。これは混合に関する熱損失を防止することによって、ＭＲシステムの能力を改善する。
【０００８】
流体流れを制御するために、ＲＭＭＲは典型的には、高温入口（Ｈｉ）バルブ、高温出口（Ｈｏ）バルブ、低温入口（Ｃｉ）バルブ、及び低温出口（Ｃｏ）バルブと称する４つのバルブを用いる。ベッドが回転磁石アセンブリのギャップの内部にあるときに、低温入口バルブはベッドの低温入口ポートに流れを送り、同時に、高温出口バルブはベッドの高温出口からの流体を収集する。高温入口バルブはベッドの高温入口ポートへの流れをブロックし、一方、低温出口バルブは低温出口ポートからの流れをブロックする。この場合において、流れは、低温入口ポートから高温出口ポートへベッドを介して進めるのみであり、磁化されたベッドのための所望の流路はＡＭＲサイクルの高温ブローステージになっている。ベッドがここで消磁されるように、磁石がベッドから離れて回転するときに、流れが低温入口ポートに入り込むことを低温入口バルブがブロックし、一方、高温出口バルブは流れが高温出口バルブを介して出ることをブロックする。高温入口バルブは、開いて、高温入口流体をベッドの高温入口ポートへ向けて、一方、低温出口バルブは、開いて、流体が低温出口ポートを介してベッドを出ることを可能にする。この場合、流れは、高温入口ポートから低温出口ポートへベッドを介して進めるのみであり、磁化されたベッドのための所望の流路はＡＭＲサイクルの低温ブローステージになっている。ＭＲシステムを適切に機能させるためには、バルブの開閉がベッドに関する磁石アセンブリの角度位置に関して調整されなければならないことが、明らかである。
【０００９】
参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６，６６８，５６０号において開示されているような、回転式バルブが、上述の流れ制御を実装するために用いられ得る。一般的に、回転式バルブは、環状構造孔を有するステーター及びスロットを有するローターである２つのエレメントを採用し、一定の角距離において延在している。ロータースロットは、ローターのスロットがステーターにおける１つ以上の孔に重複するように、ステーターにおける孔と同様な通路において中心に設けられる。ロータースロットがステーターの孔に重複するときに、バルブを介して連続流路が形成され、ロータースロットがステーターの孔に重複しないときに、流れはバルブを介して進むことができず、流れはブロックされる。ローター及びステーターの接触面は、これらの間で流体が漏れることができないように、典型的には高度に研磨される。バルブにおいて、ステーターは複数のポートを備える。これらのバルブポートの各々は、流体管（例えば、パイプ）に接続され、当該バルブポートの他端は、ベッドポートに接続される。ステーターにおける各孔は、これらのバルブポートの１つに接続される。チャンバーの他端は、流体管（例えば、パイプ）に接続される単一軸ポートを備える。この管の他端は、熱交換器に接続される。ローターは、ステーターに関するローターを回転させる回転シャフトに取り付けられる。ローターのスロットがステーター孔に重複するようにローターが設けられるとき、連続流路が、バルブの１つ側におけるベッドポートと他の側における熱交換器の間に設けられ、他の状態では、ベッドポートへの又は当該ベッドポートからの流れがブロックされる。ローターが回転するときに、スロットは、ベッドポートへの又は当該ベッドポートからの流れを、交互に許容又はブロックする。低温入口バルブにおけるローターの位置は、ベッドが磁石アセンブリのギャップの内部にあるときに、ロータースロットが（関連する低温入口バルブポートを介して）ベッドの低温入口ポートに接続されるように、設定される。高温出口バルブにおけるローターの位置は、これと同じときに、このロータースロットが（関連する高温出口バルブポートを介して）高温出口ベッドポートに接続されるように、設定される。この場合、低温側熱交換器から、低温入口ポートから高温出口ポートへのベッドを介して、高温側熱交換器への連続流路が形成される。ロータースロットの角度範囲は、ベッドが磁石アセンブリのギャップの内部に残っている限り、低温入口及び高温出口バルブが覆われないで残るように、選択される。高温入口及び低温出口バルブにおけるローターの位置は、磁化されたベッドの高温入口及び低温出口ポートに接続されている孔がブロックされるように、設定される。
【００１０】
同じモーターで駆動されるバルブ及び磁石アセンブリに関して、ローターは、磁石アセンブリとの正確な共同作用において回転する。特に、ベッドが消磁された状態になるように磁石アセンブリが与えられたベッドから離れて回転するときに、低温入口及び高温出口バルブにおけるローターは、ベッドの低温入口及び高温出口ポートに接続される孔をブロックする。高温入口及び低温出口バルブにおけるローターは、ロータースロットが消磁されたベッドの高温入口及び低温出口ポートに接続される孔を覆わないように、回転する。従って、高温側熱交換器から、高温入口ポートから低温出口への消磁されたベッドを介して、低温側熱交換器への流路が形成される。
【００１１】
従来のＲＭＭＲでは、参照によって本明細書組み込まれる、米国特許第６，６６８，５６０号において記載されているように、４つのバルブが磁石アセンブリの範囲の外側の４つの位置に設けられ、バルブシャフトが、モーターによって順次駆動されるベルトとバルブシャフトを磁石アセンブリシャフトに接続する滑車とを介して、磁石アセンブリシャフトによって駆動される。対照的に、本願発明においては、バルブは、バルブが磁石アセンブリシャフトによって直接的に駆動され得るように、磁石アセンブリの各側における磁石アセンブリシャフトと同軸に設けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明者は、装置の複雑な回路の内部の流れを実現するために用いられる内部接続コンジットの長さ、構成、及び構造における変形例の結果として、従来の磁気冷却システムにおける実質的な非効率性が上昇し得ると判断した。これらの変形例は、効率性を減少させている磁気熱量ベッドを相当に十分に活用しないかもしれない。よって、本発明は、バルブシステムと磁気熱量ベッドの間のコンジットが、多数のコンジットがアクティブである又はコンジットアクティブ化の連続間隔であるときのいずれかの流れに関して均衡される、磁気冷却システムを提供する。バルブの同心円の位置決めに関する回転設計は、流れの安定状態抵抗のみでなく、コンジットの容積及び／又は弾力性の変化によって生じる動的影響も考慮するこの均衡を促進する。改善されたバルブの設計は、バルブ面を封止するために必要な力を均衡させ、漏れにおける摩耗の影響を低減し、バルブのアセンブリ及び調整を容易にし、バイパス流れの潜在性を低減し、ドライブシャフトの圧力及び腐食を低減し、及びよりコンパクトなシステムを可能にし得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１つの実施形態において、発明は、アクティブ磁気再生冷却（ＡＭＲ）装置であって、第１の端部と第２の端部とを備える第１のＡＭＲベッドと、入口と出口とを備える第１の熱交換器（ＨＥＸ）と、軸に沿って回転可能であるシャフトと、軸の回転にて第１のＡＭＲベッドに時間的に変化する磁界を印加するためにシャフトに設けられている磁石と、第１のＡＭＲベッドにおける磁界が磁石から相対的に離れているロー状態であるときに、第１のＨＥＸの出口とＡＭＲベッドの第１の端部との間の流体流れに関して、第１のＨＥＸの出口をＡＭＲベッドの第１の端部に置き換え可能に接続している第１のバルブと、第１のＡＭＲベッドにおける磁界が磁石に相対的に近づいているハイ状態であるときに、第１のＨＥＸの入口とＡＭＲベッドの第１の端部との間の流体流れに関して、第１のＨＥＸの入口をＡＭＲベッドの第１の端部に置き換え可能に接続している第２のバルブと、を備えている装置を提供する。第１及び第２のバルブは、（ａ）シャフトについて回転スライド接続し同軸に設けられたバルブプレートの少なくとも１つの組であって、第１のバルブプレートは、第２のバルブプレートに関してシャフトにて回転するように設けられており、バルブプレートは、合致のときにバルブポートを介する流体流れを許容し、ずれのときにバルブポートを介する流体流れをブロックするために、合致及びずれに移動するバルブポートを備えており、バルブポートの少なくとも１つは、バルブプレートの外側に関してシャフトの軸に沿って移動するように設けられている、バルブプレートの少なくとも１つの組と、（ｂ）軸方向に相互に接触するバルブプレートを付勢しているばねと、を備えている。
【００１４】
ばねは、ばね支持部とバルブプレートの接触バルブプレートとの間に設けられる圧縮ばねであってよく、ばね支持部の位置は、接触バルブプレートにおけるばねの力を制御するために調整可能であってよい。
【００１５】
バルブプレートは、バルブによって制御される流体を受けるプレナムの内部に保持されてよく、ばね支持部は、シャフトについて同軸の螺合要素における回転によって調整されてよく、プレナムは、シャフトに沿って軸方向にばね支持部を移動させるために、螺合要素に関してばね支持部を回転するためにばね支持部にアクセスすることを許容する封止可能開口を備えている。
【００１６】
第１のバルブプレートは、シャフトの軸についての回転においてバルブプレート及びシャフトの相対運動を防止している間に、第１のバルブプレートの軸方向移動に加えて第１のバルブプレートの角度形成を可能にする接続部を介してシャフトに設けられてよい。
【００１７】
接続部は、内部係合軸スロットと放射ピンとを備えてよい。
【００１８】
シャフトは、シャフト及びバルブプレートにおけるキーウェイ及びキーシートを接続する鍵を用いて第１のプレートに接続されてよく、鍵は、第１の方向におけるシャフトの第１の終端からの鍵の引き抜き、及び第１の方向とは反対の第２の方向におけるシャフトの引き抜きを可能にするために、シャフトの終端に延在する。
【００１９】
シャフトは、バルブからの流体を受けているプレナムを介して通ってよく、スリーブアセンブリによってプレナムから分離されてよい。
【００２０】
スリーブアセンブリは、軸についての第２のスリーブ部に関する第１のスリーブの相対回転移動を可能にする他の部分の対応スライド封止に接続されているスライド封止を備えているシャフトの各部分の異なる軸部分における第１及び第２のスリーブ部を備えてよい。
【００２１】
スライド封止は、間の漏れを防止するために係合部に第１及び第２の封止部を付勢しているばねを備えてよい。
【００２２】
第１及び第２のバルブは、回転可能シャフトと回転スライド接続し同軸に設けられる１組のバルブプレートを備えてよい。
【００２３】
バルブプレートは、少なくとも１つのバルブプレートの外側周辺に接続されている第１のプレナムへの流体の通路を示す第１の位置において、及び、少なくとも１つのバルブプレートの内側周辺に接続されている第１のプレナムから分離した流体及び第２のプレナムへの流体通路を示すための第２の位置において協同してよい。
【００２４】
入口及び出口を備えている第２の熱交換器（ＨＥＸ）を更に備えてよく、第１のＡＭＲベッドにおける磁界がロー状態であるときに、第２のＨＥＸの入口をＡＭＲベッドの第２の端部に流体接続する第３のバルブと、第１のＡＭＲベッドにおける磁界がハイ状態であるときに、第２のＨＥＸの出口をＡＭＲベッドの第２の端部に流体接続する第４のバルブと、を備える。
【００２５】
第３及び第４のバルブは、チェックバルブであってよい。
【００２６】
少なくとも１つのバルブプレートは、炭素材料であってよい。
【００２７】
他の実施形態において、発明は、磁気熱量材料の第１及び第２のベッドの少なくとも１つを備えている磁気冷却システムを提供し、各ベッドは、間を流体が流れ得る第１及び第２の反対側を備えている。多岐管の少なくとも１つは、高温入口コンジット及び高温出口コンジットを各ベッドの第１の側に接続し、低温入口コンジット及び低温出口コンジットを各ベッドの第２の側に接続する。磁石アセンブリは、第１の状態において第２のベッドよりも第１のベッドに大きな磁界を印加するために移動可能であり、第２の状態において第１のベッドよりも第２のベッドに大きな磁界を印加するために移動可能であり、第１のコンジットの組（低温入口コンジット及び高温出口コンジットに直列接続されている各組）の少なくとも１つを介する流れを提供することによって、第１のベッドから熱を取り去り、第２のコンジットの組（高温入口コンジット及び低温出口コンジットに直列接続されている各組）の少なくとも１つを介する流れを提供することによって、第１の状態における第２のベッドに熱を付与することを、第１及び第２のベッドを介する流体の循環に可能にするために、バルブシステムは、コンジットに接続され及び磁石アセンブリに同調する。第１及び第２のコンジットの組の各々は、バルブシステムによる流れのために接続されるときに、第１のコンジットの組の各々を介する実質的に等価な流体流れを提供するように構成される。
【００２８】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、比較的小さな流れの不均衡によって生じ得る冷却非効率性を目的とするものである。
【００２９】
第１のコンジットの組各々は、実質的に等価な流れ抵抗を備えてよく、及び、第２のコンジットの組の各々は、実質的に等価な流れ抵抗を備えてよい。この点に関して、第１及び第２の組の各々は、実質的に同じ長さを有し得る。
【００３０】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、安定状態の流れに影響するようにコンジットにおける流れ抵抗を均衡させることを目的とするものである。
【００３１】
より大量の流れを運んでいるコンジットの組は、より少量の流れを運んでいるコンジットの組よりも短く生成されてよい。
【００３２】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、高温及び低温サイクル部分において等価な流れを許容するためにより良く生成され得るシステムを提供することを目的とするものである。
【００３３】
代替的に又は追加で、第１及び第２のコンジットの組各々は、実質的に等価な内容積を有してよい。
【００３４】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、コンジットの組に流れ材料の内容積に関連する動的「誘導」効果によって生じる流れ不均衡にアドレスすることを目的とするものである。
【００３５】
代替的に又は追加で、コンジットの組の各々は、圧力の変化の関数として、内容積における実質的な等価な変化を有する。
【００３６】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、コンジットの弾性に関する動的「容量」効果によって生じる流れインピーダンスを補償することを目的とするものである。
【００３７】
磁気熱量材料のベッドへのコンジットの組の各々の内容積の変化は、磁気冷却システムの動作中の流体圧力を最小から最大に増加させるときに、コンジットの組がベッドに流れを運ぶ１つのＡＲＭサイクルにおける期間の間に単一ベッドに運ばれる流体の量の合計の５％未満であるべきであってよい。
【００３８】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、弾力可能コンジットにおいて蓄積された圧力によって生じる潜在的な逆流及び非効率性を制限することを目的とするものである。
【００３９】
高温入口コンジット、高温出口コンジット、低温入口コンジット、及び低温出口コンジットの各々は、流体流れの実質的に等価な抵抗を提供するように構成されてよい。
【００４０】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、コンジットの関数による均衡した抵抗を提供することを目的とするものである。
【００４１】
バルブシステムは、高温出口バルブ、高温入口バルブ、低温出口バルブ、及び低温入口バルブを含んでいる４つのバルブを備えてよく、第１の状態において、高温出口バルブは、第１のベッドの高温出口コンジットを高温熱交換器の入口に接続し、低温入口バルブは、第１のベッドの低温入口コンジットを低温熱交換器の出口に接続し、高温入口バルブは、第２のベッドの高温入口コンジットを高温熱交換器の出口に接続し、低温出口バルブは、第２のベッドの低温出口コンジットを低温熱交換器の入口に接続する。そして更に、第２の状態において、高温出口バルブは、第２のベッドの高温出口コンジットを高温熱交換器の入口に接続し、低温入口バルブは、第２のベッドの低温入口コンジットを低温熱交換器の出口に接続し、高温入口バルブは、第１のベッドの高温入口コンジットを高温熱交換器の出口に接続し、低温出口バルブは、第１のベッドの低温出口コンジットを低温熱交換器の入口に接続する。
【００４２】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、逆流からの損失を除去するために各コンジットを介する一方向性の流れを維持するシステムにおける均衡した流れを提供することを目的とするものである。
【００４３】
高温出口バルブ及び高温入口バルブは、バルブを開閉し磁石アセンブリと機械的に接続されている移動可能要素を備えてよく、低温入口バルブ及び低温出口バルブは、流体流れによって作動される一方向バルブである。代替的に、低温出口バルブ及び低温入口バルブは、バルブを開閉し磁石アセンブリと機械的に接続されている移動可能要素を備えてよく、高温入口バルブ及び高温出口バルブは、流体流れによって作動される一方向バルブであってよい。
【００４４】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、いくつかの一方向型のバルブを用いることによって、バルブ構造を容易にすることを目的とするものである。
【００４５】
第１及び第２のベッドは、中心軸の周囲に設けられてよく、磁石アセンブリは、中心軸に沿っている第１及び第２のベッドに関して回転可能なシャフトに設けられてよく、高温出口バルブ及び高温入口バルブは、シャフトについて同軸に設けられている固定ステーター部に関して移動するために、シャフトについて同軸に設けられるローター部を有するディスクバルブであってよい。
【００４６】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、コンジット構造の均衡を促進するために、軸方向に均衡した回転機構を採用することを目的とするものである。
【００４７】
高温出口バルブ及び高温入口バルブは、ベッドに関して固定されたステーター部及び磁石に関して固定されたローター部を備えてよく、ステーター部は、ローター部の間に設けられる。
【００４８】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、ステーターにローターを封止するために必要な力を均衡させるために、バルブ方向、及び、バルブローターとステーターとの間における固有の封止を採用することを目的とするものである。
【００４９】
磁気冷却システムは、中心軸について設けられている複数の磁石ベッドを備えてよく、複数の磁石ベッド各々は、高温入口コンジット及び高温出口コンジットを各ベッドの第１の側に接続しており、低温入口コンジット及び低温出口コンジットを各ベッドの第２の側に接続しているマニホールドを備えており、バルブアセンブリは、入口コンジット又は出口コンジットに接続しているシャフトに設けられるバルブを備える。
【００５０】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、不均衡な流れからの非効率性が悪化し得る多数ベッドシステムにおける均衡した流れを提供することを目的とするものである。
【００５１】
バルブは、シャフトの１つ以上の位置にて多数の入口コンジット又は出口コンジットとの実質的に非妨害の接続を提供してよい。
【００５２】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、多数のコンジットが並列に動作されるときに、コンジットの間の等価な流れの共有を確実にすることを目的とするものである。
【００５３】
磁気冷却システムは、バルブシステム及び入口及び出口コンジットを介して流体を循環させる容量型ポンプを更に備えてよい。
【００５４】
例えば、発明の少なくとも１つの実施形態の特徴は、多数のベッドの間での置き換えのために必要な流速の迅速な変化を取り扱い得るポンプを提供すること、及び迅速な切り替えに対応しているコンジットシステムを提供することを目的とするものである。
【００５５】
これらの特定の物及び利点は、請求の範囲内であるが発明の範囲を画定しないいくつかの実施形態にのみ適用されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】冷却を行うためのアクティブ磁気再生（ＡＭＲ）サイクルの概略図である。
【図１Ｂ】冷却を行うためのアクティブ磁気再生（ＡＭＲ）サイクルの概略図である。
【図１Ｃ】冷却を行うためのアクティブ磁気再生（ＡＭＲ）サイクルの概略図である。
【図１Ｄ】冷却を行うためのアクティブ磁気再生（ＡＭＲ）サイクルの概略図である。
【図２】４個のディスクバルブを備える発明の第１実施形態の要素構成の概略図である。
【図３】減少した摩耗効果及び容易化した調整を実現する改良されたバルブアセンブリの第１実施形態の図である。
【図４】共通アセンブリに設けられた高温入口バルブ及び高温出口バルブのためのステーターを備える発明の第２実施形態の要素構成の概略図である。
【図５】より大きな径の磁石を備える発明の第３実施形態の要素構成の概略図である。
【図６】均衡した封止力及び容易化したアセンブリ及びメンテナンスを実現する改良したバルブアセンブリの第２実施形態を図示する。
【図７】共通アセンブリに設けられた高温入口及び低温入口バルブのステーターを備える発明の第４実施形態の要素構成の概略図である。
【図８】低温側のチェックバルブを備える発明の第５実施形態の要素構成の概略図である。
【図９】ベッドの１つの側における流れ接続部の拡大図である。
【図１０】図４に図示された第２実施形態の８個のベッド構成の終端図である。
【図１１】入口及び出口機能が単一バルブアセンブリにおいて組み合わされる改良したバルブアセンブリの第３実施形態の図である。
【図１２Ａ】図１１の改良したバルブアセンブリにおいて用いられ得る回転ディスクの終端図である。
【図１２Ｂ】図１１の改良したバルブアセンブリにおいて用いられ得る回転ディスクの終端図である。
【図１３Ａ】図１１の改良したバルブアセンブリにおいて用いられ得るバルブステーターの終端図である。
【図１３Ｂ】図１１の改良したバルブアセンブリにおいて用いられ得るバルブステーターの終端図である。
【図１４】図１１の改良したバルブアセンブリにおけるローター及びステーターの積み重ねられ方を示す平面図である。
【図１５】図１１の改良されたバルブアセンブリにおいて用いられ得るブッシング及びバルブカップの詳細図である。
【図１６】図３又は１１の改良したバルブアセンブリにおいて用いられ得るバルブ圧縮アセンブリの分解図である。
【図１７】均衡した封止力、容易化したアセンブリ及びメンテナンスを実現する改良された入口及び出口バルブアセンブリ、及び熱伝達流体から保護されるドライブシャフトの第４実施形態の図である。
【図１８】図６又は１７の改良されたバルブアセンブリにおいて用いられ得る回転面封止を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
本願発明は、ベッドへの及びベッドからの流れを制御するために回転ディスクバルブを用いる「回転磁石」磁気冷却装置（ＲＭＭＲ）を備え、バルブは磁石アセンブリを回転させるシャフトと同軸に設けられ、バルブディスクの圧縮機構は、バルブの組み立ての後に調整可能であり、ディスクが摩耗するときに封止を維持する。本願発明の第１の実施形態の構成の概要が、図２において示される。図２は、２個ベッドシステム１の断面を示しており、第１のベッド２は（磁化されており）、磁石アセンブリ６のギャップ８の内部にあり、第２のベッド４は（消磁されており）、アセンブリのギャップ８の外部にある。（電気モーターであってよい）モーター１０は、ベアリング１０２、１０４、１０６、及び１０８に設けられており回転封止１２２、１２４、１２６、及び１２８を通っている中央シャフト１２を回転させる。この中央シャフト１２は、また、同軸バルブ２２、２４、２６、２８の各々におけるローター１４、１６、１８、２０を駆動する。ポンプ３０は、システム１を介する流体流れを駆動する。
【００５８】
図２において図示されている構成において、高温入口（Ｈｉ）バルブ２２におけるローター１４は、消磁（低）ベッド４の高温入口４２に接続された孔３２を覆わない。同時に、低温出口（Ｃｏ）バルブ２４におけるローター１６は、ベッド４の低温出口４４に接続された孔３４を覆わない。従って、温度ＴＨｉにて高温側熱交換器（ＨＨＥＸ）４０から出る加圧流体は、パイプ６２によって高温入口バルブ２２の一端におけるチャンバー５２に運ばれ、高温入口バルブ２２のステーター８８における覆われていない孔３２を通って、高温入口パイプ６４ｂに運ばれ、高温入口ポート４２から低温出口ポート４４にベッド４を通る。低温（消磁ベッド）４を通った後、この流体は、温度ＴＣｏにて、低温出口パイプ６６ｂによって運ばれ、ステーター９０における孔３４を介して開放低温出口バルブ２４によって収集され、バルブ２４の一端におけるチャンバー５４を介してパイプ９２を通って低温側熱交換器（ＣＨＥＸ）６０に運ばれ、流体は、冷却環境から熱を吸収して、ＴＣｉに温度が上昇する。消磁ベッド４の低温入口ポート６８及び低温入口パイプ７２ｂは、孔３８ｂを覆っている低温入口（Ｃｉ）バルブ２６におけるローター１６の位置によってブロックされており、消磁ベッド４の高温出口ポート７０及び高温出口パイプ８２ｂは、また、孔９４ｂを覆っている高温出口（Ｈｏ）バルブ２８におけるローター２０の位置によってブロックされている。温度ＴＣｉにて低温側熱交換器６０の他端から出る流体は、低温入口バルブ２６の一端にてチャンバー５６における単一ポート３６に入る。この流体は、低温入口ローター１８を通ってステーター８６における孔３８ａを通って低温入口パイプ７２ａに向けられ、着磁（上側）ベッド２の低温入口ポート７４に向けられる。流体は、低温入口ポート７４から高温出口ポート７８に着磁ベッド２を通り、ＴＨｏに温度が上昇する。ベッド２の低温出口ポート７６及び低温出口パイプ６６ａを通る流体は、低温出口バルブ２４によってブロックされる。ベッド２の高温入口ポート８０及び高温入口パイプ６４ａを通る流体は、高温入口バルブ２２によってブロックされる。ベッド２のポート７８からの温度ＴＨｏの高温出口流体は、高温出口パイプ８２ａによってステーター９６における孔９４ａを介して高温出口バルブ２８に運ばれ、チャンバー５８を介してバルブ２８を出て、パイプ８４を介してポンプ３０に戻り、ＨＨＥＸ  ４０の他端を通って向けられ、流体回路を完了する。
【００５９】
図面は、本発明の要素の間の流体流れを運ぶパイプを示しているが、要素の間の流体を運ぶいくつかの好適なコンジットが用いられてよい。例えば、コンジットは、射出成型アセンブリにおける流体通路であってよく、又は、コンジットは、付加製造によって製造されたアセンブリにおける流体通路であってよく、又は、コンジットは図面において示されたようなパイプであることができる。
【００６０】
本発明の第１実施形態のバルブの改良は、図３における高温側バルブの詳細図において示されている。高温入口バルブ２２及び高温出口バルブ２８の両方は、同様な構造である。高温出口バルブ２８は、所定の場所に固定されておりバルブハウジング２１０に対して封止されているステーター９６を備える。高温出口バルブは、また、シャフト１２の軸について磁石６にて回転するローター２０を備える。ローター２０は、ローター２０の内径（ＩＤ）及びブッシング２１４の間のＯリングによって中心に設けられており、リジッドバルブカップ２１２に設けられている。ブッシング２１４は、ドライブシャフト１２に個別的に実装されており、シャフト１２及びブッシング２１４を介してリジッドカップ２１２におけるスロット２１３に延在するピン２１６によって所定の場所に保持される。ピン２１６は、ブッシング２１４の正確な軸位置を実現し、また、回転トルクをシャフト１２からバルブの回転する要素に伝達する。螺合ナット２１８は、リジッドカップ２１２に対する圧縮力を印加するばね２２０を支持する。リジッドカップは、ピン２１６がスロット２１３においてスライドするので、シャフト１２及びブッシング２１４の軸に沿って移動することができ、この後、ローター２０に圧縮力を伝達するが、スロット２１３における及びシャフト１２におけるピン２１６の係合は、回転トルクがシャフト１２からリジッドカップ２１２及びローター２０に伝達されることを確実にする。外部アクセスポート２２２は、バルブの解体無しでの圧縮の調整を可能にする。外部アクセスポート２２２及び螺合ナット２１８におけるスロット２２１は、バルブの解体無しでの圧縮の調整を可能にする。調整は、螺合ナット２１８がアクセスポート２２２を介して挿入される道具によって保持固定されている間に、シャフト１２の回転によって行われる。ベアリング１０２及び１０４は、バルブハウジング内に組み込まれる。これは、コンパクトな設計を可能にし、外側ベアリング１０２に対して外側ナット２２４の圧縮負荷を可能にし、バルブボディにおける合致を保証する。内側ベアリング１０４は、シャフト１２に設けられている保持リング２２６に対して設けられる。
【００６１】
バルブ２８のバルブローター２０及びバルブステーター９６が、バルブの動作中に摩耗するときに、これらを組み合わせた厚さは減少する。しかしながら、ばね２２０は、この厚さの変化に適応し、外部調節の必要なしでバルブディスクの封止を維持する。
【００６２】
本発明の第２の実施形態の要素の構成概要が、図４において示されている。バルブは、第１の実施形態と同様なコンジットの間で、同様な時系列の流れ割り当てを行う。相違点は、低温入口バルブ２６のステーター８６及びローター１８が左右に反対にされており、高温入口バルブ２２のステーター８８及びローター１４が左右に反対にされていることであり、高温入口バルブ２２のためのステーター８８及び低温出口バルブ２８のためのステーター９６が共通アセンブリ９８に設けられることを可能にし、また、低温入口バルブ２６のためのステーター８６及び低温出口バルブ２４のためのステーター９０が、共通アセンブリ１００に設けられ得る。磁石アセンブリ６、ベッド２、４、及びポンプ３０は、第１及び第２の実施形態において同様な位置にある。
【００６３】
ステーター８８及び９６を反対の壁に設けることによって、ローター１４及び２０をこれらのステーター８８及び９６に圧縮するために必要な力は相殺され、ローター１６及び１８をこれらのステーター９０及び８６に圧縮するために必要な力は相殺され、従って、シャフト１２の負荷を軽減し、設計を単純化する。
【００６４】
本発明の他の実施形態の要素構造の概要が、図５において示される。第３の実施形態は、第２の実施形態と同様な要素、及び第２の実施形態と同様な機能を実現するモーター１０のような要素を備える。相違点は、第１及び第２の実施形態における磁石アセンブリ６及びベッド２、４が、同様な半径にて高温入口バルブ２２及び低温入口バルブ２６の間に設けられているが、第３の実施形態の磁石アセンブリ６及びベッド２及び４が、より大きな半径にてバルブ２２、２６の外側に設けられていることであり、アセンブリ１の長さが減少している。図５において、高温出口パイプ８２ａ、８２ｂは、各々同様な長さ及び形状であり、また、低温入口パイプ７２ａ、７２ｂは、各々同様な長さ及び形状であるが、高温出口パイプ８２ａは、低温入口パイプ７２ａとは異なる長さ及び形状である。
【００６５】
図２、４及び５において、高温出口のような同様な機能の全てのパイプは、同様な長さであるが、高温出口及び低温入口のような異なる機能のパイプは、長さが異なってよい。より一般的には、高温出口パイプ８２ａと直列な低温入口パイプ７２ａ、及び高温出口パイプ８２ｂと直列な低温入口パイプ７２ｂ（第１のコンジットの組）、あるいは、低温出口パイプ６６ａと直列な高温入口パイプ６４ａ、及び低温出口パイプ６６ｂに直列な高温入口パイプ６４ｂ（第２のコンジットの組）であるようなコンジットの組は、全ての同様なコンジットの組の間での等価又は均衡の流れのために構成される。これは、コンジットの組が等価安定状態の流れ抵抗を提供することを確実にすることよってのみでなく、コンジットの組の合計内容積を等価に設定することによるフローインダクタンス、及び圧力の変化に関する内容積の変化がコンジットの組に関して等価になることを確実にする流れキャパシタンスのような動的要因に着目することにより、実現される。これらのバルブは、また、第１のコンジットの組が第２のコンジットの組と比較されるときに、同一であってよいが、同一でなくてもよい。
【００６６】
本発明の第２の実施形態のバルブへの改良が、図６における高温側バルブの詳細図において示されている。高温入口バルブ２２及び高温出口バルブ２８の両方は、同様な構造である。高温出口バルブ２８は、所定の場所に固定されておりバルブハウジング２１０に対して封止されているステーター９６を備える。ステーターの各ポートは、バルブハウジングの床から突出しているスタブチューブ２０５に結合される。各スタブチューブは、ステーターへのＯリング封止２０４を備える。高温出口バルブは、また、シャフト１２の軸について磁石６にて回転するローター２０を備える。ローター２０は、ローター２０のＩＤ及び内側回転アセンブリ２０１の間のＯリング２２８によって中心に設けられており、リジッドバルブカップ２１２に設けられている。ドライブシャフト１２は、ローター２０に接続されている内側アセンブリ２０１及び圧縮アセンブリ２３０を同軸に通る。圧縮アセンブリ２３０は、リジッドカップ２１２及びローター２０に対して圧縮力を印加するばね２２０を支持する螺合ナット２１８を構成する。リジッドカップ２１２は、炭素複合材料であってよい。外部アクセスポート２２２は、バルブの解体無しでの圧縮の調整を可能にする。内側回転可能アセンブリ２０１は、バルブハウジング２１０と末端プレート３１０を備えるバルブボディの内部の流体を封止するために、及びドライブシャフト１２に流体が到達することを防止するために、各末端に設けられる市販のセラミック（又は、他の材料）の回転面封止２０２を備える。このような場合において、ドライブシャフトは「乾燥」を維持し、ボディーの封止を打ち破ること無くバルブから分離されることができる。この構成は、高温入口及び出口バルブが、低温入口及び出口バルブ、又はベッド及び磁石アセンブリを妨害すること無く、設けられ、又は取り除かれ及び置き換えられることを可能にする。
【００６７】
内側回転アセンブリは、Ｏリング２２８によって中心に封止されており、螺合ねじ２０３によって所定位置に保持されている、２つの部分を備える。特別鍵２０８は、ドライブシャフトのスロットにて合わされており、内側回転可能アセンブリ２０１の内側ボアにおけるスロットと係合される。鍵２０８は、ドライブシャフト１２から内側回転可能アセンブリ２０１へのトルク伝達をもたらす。鍵２０８は、また、ドライブシャフト１２に対する内側回転可能アセンブリ２０１の正確な軸位置の制御を実現する。鍵２０８のシャンクは、（シャフト１２の径の内部の）スロットにおける平面に合致するように設計される。これにより、封止２０２が干渉せずに鍵２０８に隣接して動作することが可能になる。鍵２０８は、外側ナット２０９が実装されるときに、軸位置が硬くロックされるように、ドライブシャフト１２に共に螺合される。鍵２０８は、ドライブシャフト１２に内側回転可能アセンブリ２０１を硬く結合する。これは、内側回転可能アセンブリ２０１の位置が正確に決定されることを可能にする。これは、また、正確な軸位置を維持している間に、反対バルブ面の不均衡な圧縮力を許容する。
【００６８】
ベアリング１０２及び１０４は、バルブハウジング内に設けられる。これは、コンパクトな設計を許容し、外側ベアリング１０２に対する外側ナット２０９の圧縮負荷を許容し、バルブボディにおける合致を保証する。内側ベアリング１０４は、シャフト１２に設けられている保持リング２２６に対して設けられる。
【００６９】
バルブ２８のバルブローター２０及びバルブステーター９６が、バルブの動作中に摩耗するときに、これらの組み合わせの厚さは減少する。しかしながら、ばね２２０は、この厚さの変化に適応し、外部調節の必要なしでバルブディスクの封止を維持する。バルブが摩耗して潜在的に損傷を蓄積するときに、熱交換器４０をバイパスする漏れは、図６にて見られるように、バルブ２２及び２８の両方と漏れへの任意選択の予備封止２３４とを要するであろう。
【００７０】
本発明の他の実施形態は、図７において示される。第４の実施形態は、第３の実施形態と同様な要素、及び第３の実施形態と同様な機能を実現するモーター１０のような要素を備える。相違点は、高温入口２２及び低温入口２６バルブのステーター８８、８６が共通アセンブリ１０１に設けられていることであり、最初の３つの実施形態において可能なものよりも短い、ベッド２、４への高温入口パイプ６４ａ、６４ｂ及び低温入口パイプ７２ａ、７２ｂを可能にする。
【００７１】
上述の実施形態のための追加的な変形例は、一方向バルブによって低温側入口及び出口を置き換えることによって生成される。本発明で用いられ得る一方向バルブの例は、チェックバルブ及びリードバルブである。一方向バルブは、また、チェックバルブとして知られており、１つのみの方向の流体流れを許容し、反対方向の流体流れをブロックする。例えば、ボールチェックバルブは、１つの方向における流体の流れをブロックするための球形ボールを用いる。円錐傾斜シートは、１つの方向の流れを防止するために、バルブの開口の内部にボールを設けるが、ボールがシートから外された場合に、反対方向における流れを許容する。シートの内部のボールの配置は、ばねによって援助されてよい。他の種類の一方向バルブは、ダイアフラムチェックバルブ、スイングチェックバルブ、傾斜ディスクチェックバルブ、停止チェックバルブ、リフトチェックバルブ、インラインチェックバルブ、ダックビルバルブ、空気入り一方向バルブ等を含む。一方向バルブは、回転ディスクバルブよりも小さく安価であり得る。
【００７２】
一方向バルブを用いている他の実施形態の例が図８において示されており、図４における実施の形態２の低温側バルブ２４、２６は、図８におけるチェックバルブ１２０、１２１、１２５、及び１２７によって置き換えられた。
【００７３】
図９は、ベッドの一端とバルブから来ている入口及び出口パイプとの間にて、どのように接続が行われるかの詳細を示す。低温入口パイプ７２ｂ及び低温出口パイプ６６ｂは、図の上側から来ており、ベッドプレナムアセンブリ１１０に入る。低温入口パイプ７２ｂは、低温入口ポート６８にて終結し、低温出口パイプ６６ｂは、図２のベッド４のような、ベッドの１つの側に設けられ得る長方形開口１１２にて接続する低温出口ポート４４にて終結する。ベッドは、図９において図示されていない。
【００７４】
２ベッドの実施形態が図１から８を通して示されたが、磁石ギャップが通る路における追加のベッドを合致することが通常好適である。追加のベッドは冷却力を増加させ、磁石アセンブリのより効果的な使用を見出すことができる。バルブは、同時に多数のベッドにて与えられた方向における流れを許容するように設計されてよい。例えば、第１の実施形態の８ベッドのバージョンは、図１０における低温終端からの終端図として示されている。図示されていないものは、低温入口パイプ、高温入口及び出口パイプ、バルブハウジング及び封止、ＨＥＸ、ポンプ、モーター、及びベアリングである。磁石アセンブリ６及び低温出口バルブローター１６は、シャフト１２に接続されており、当該シャフト１２と共に回転する。磁石アセンブリは、２つの着磁ベッド２ａ、２ｂにおいて図示されており、これらは両方とも、低温終端から高温終端への流れにある。２つの消磁ベッド４ａ、４ｂは、最も低い磁界の領域にあり、両方は、高温終端から低温終端への流れにあり、中間磁界の４つの維持ベッド３ａ、３ｂ、３ｃ、及び３ｄは、流れにない。各ベッドは、低温側プレナムアセンブリ１１０及び高温側プレナムアセンブリ１１１に設けられる。これらのプレナムは相互に、ベッドについての多岐管を生成する。低温出口バルブローター１６は、低温出口バルブステーター９０における図示されている２つの孔３４ａ、３４ｂを露出させており、低温側プレナムアセンブリ１１０ａ、１１０ｂに設けられている低温出口ポート４４ａ、４４ｂ及び低温出口パイプ６６ａ、６６ｂを介して、流れが消磁ベッド４ａ、４ｂをでることを可能にする。一方、低温出口バルブローター１６は、孔３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、及び３４ｈをブロックしており、従って、ベッド２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、３ｃ、及び３ｄの低温出口ポートからの流れをブロックしている。
【００７５】
図１０の場合の流れが、時間において合致しているステーターにおける２つの孔を各々露出させる、低温入口、低温出口、高温入口、及び高温出口バルブローターを用いて実装され得ることについて、留意されたい。
【００７６】
図１０は、２ベッドが低温から高温への流れにおいて同時であり、２ベッドが高温から低温への流れにあるが、流れになく従って装置の冷却に貢献していない４つのベッドがある場合を示している。低温出口及び高温出口バルブローターは、低温入口及び高温出口バルブよりも、合致しているステーターにおいて多くの孔を露出させる場合、より多くのベッドは、低温から高温への流れを受けるよりも、高温から低温の流れを受けるであろう。
【００７７】
図３及び６は、高温入口及び高温出口流れ制御機能が、単一シャフトによって駆動される２つの別個のバルブアセンブリによって制御される、改良されたバルブアセンブリを示す。高温入口及び出口流れのための分離バルブアセンブリの使用は、高温熱交換器をバイパスする熱的熱漏れ又は流体漏れの可能性を最小化する。しかしながら、２つの分離バルブアセンブリの使用は、部品の個数を２倍にし、製造費用を増大させ、また、シャフト軸に沿っているシステムの長さを増大させる。図１１は、単一高温入口／出口バルブアセンブリ２７０における、高温入口及び高温出口流れの置き換えを組み合わせる改良されたバルブ構成を図示する。高温バルブ２８は、所定の位置に固定されバルブハウジング２１０に対して封止されているステーター９６を備える。高温バルブは、また、シャフト１２の軸について磁石６にて回転するローター２０を備える。ローター２０は、ローター２０のＩＤ及びブッシング２１４の間のＯリング２２８によって中心に設けられており、リジッドバルブカップ２１２に設けられている。ブッシング２１４は、ドライブシャフト１２に実装されており、シャフト１２、ブッシング２１４を介してリジッドカップ２１２におけるスロット２１３に延在するピン２１６によって所定の位置に保持される。ピン２１６は、ブッシング２１４の正確な軸位置を実現し、また、回転トルクをシャフト１２からバルブの回転する要素に伝達する。螺合ナット２１８は、リジッドカップ２１２に対する圧縮力を印加するばね２２０を支持する。リジッドカップは、ピン２１６がスロット２１３においてスライドするので、シャフト１２及びブッシング２１４の軸に沿って移動することができ、この後、ローター２０に圧縮力を伝達するが、スロット２１３における及びシャフト１２におけるピン２１６の係合は、回転トルクがシャフト１２からリジッドカップ２１２及びローター２０に伝達されることを確実にする。外部アクセスポート２２２は、バルブの解体無しでの圧縮の調整を可能にする。ベアリング１０２及び１０４は、バルブハウジング内に組み込まれる。これは、コンパクトな設計を可能にし、外側ベアリング１０２に対して外側ナット２２４の圧縮負荷を可能にし、バルブボディにおける合致を保証する。内側ベアリング１０４は、シャフト１２に設けられている保持リング２２６に対して設けられる。
【００７８】
バルブ２８のバルブローター２０及びバルブステーター９６が、バルブの動作中に摩耗するときに、これらを組み合わせた厚さは減少する。しかしながら、ばね２２０は、この厚さの変化に適応し、外部調節の必要なしでバルブディスクの封止を維持する。
【００７９】
モーター（不図示）は、中心シャフト１２を回転させる。図１１に示される位置において、磁石６の内部にあるベッド２のポート７８からの温度ＴＨｏの高温出口流体は、ステーター９６における孔９４ａを介して中間半径にて高温出口パイプ８２ａによって高温出口バルブ２８内に運ばれ、ステーター９６の内側半径における孔２６６にローター２０におけるスロット２６４を介して流れ、シャフト１２の丁度外側の内側プレナム２７２に流れる。流体は、内側プレナム２７２からパイプ８４を介してポンプ３０の入口に出て、当該ポンプ３０は、高温ＨＥＸ４０を介して及びパイプ６２を介してバルブ２８の外側プレナム５２に流体を送る。外側プレナム５２における流体は、ローター２０におけるスロット２６２に入ることができ、ステーターディスク９６における外側半径にて孔３２ａを介して、及びパイプ２５４を介して、磁石６の外側にあるベッド４の高温入口４２に進むことができる。
【００８０】
図１１において図示されている回転位置において、着磁ベッド２の高温入口ポート８０及び高温入口パイプ６４ａを介する流れは、孔３２ｂを覆っている高温バルブローター２０によってブロックされる。消磁ベッド４の高温出口ポート７０及び高温出口パイプ８２ｂは、また、孔９４ｂを覆っているローター２０の位置によってブロックされる。
【００８１】
図１２Ａ及び図１３Ａは、図１１において図示されている高温入口／出口バルブアセンブリ２７０において用いられ得る、ローターディスク２０及びステーターディスク９６の各々の平面図を図示する。ローターディスクにおけるスロット２６２及び２６６が図示される。また、ステーターディスクにおける孔３２ａ、９４ｂ、及び２６６が図示される。図１２Ｂは、図１２ＡにおけるＡ−Ａ線にて見たローターディスク２０の断面を図示しており、図１３Ｂは、図１３ＡにおけるＢ−Ｂ線にて見たステーターディスク９６の断面を図示している。ローターディスクにおけるスロット２６４及び２６６が、図１２Ｂにおいて図示されている。ステーターディスクにおける孔３２ａ、９４ｂ、及び２６６が、また、図１３Ｂにおいて図示されている。図１４は、ローターディスク２０及びステーターディスク９６が、接触して面に関してどのように積み重ねられ、ステーター９６に関してローター２０が回転するときに、スロット及び異なる孔の間に流体が向けられることが可能になるかを、端面図において図示している。
【００８２】
図１５は、図３又は１１の改良されたバルブアセンブリにおいて用いられ得る、ブッシング、ピン、及びバルブカップの詳細を図示する。ブッシング２１４は、ドライブシャフト１２（図１５において不図示）に実装され、シャフト１２、ブッシング２１４を介してリジッドカップ２１２におけるスロット２１３に延在しているピン２１６によって所定の位置に保持されている。ピン２１６は、シャフト１２に関するブッシング２１４の正確な軸位置を実現し、また、シャフト１２からバルブカップ２１２及びバルブの他の回転コンポーネントに回転トルクを伝達する。
【００８３】
図１６は、図３又は１１の改良されたバルブアセンブリにおいて用いられ得る圧縮アセンブリの分解図を図示する。バルブ圧縮アセンブリ２３０は、ローター２２０（不図示）に接続されたリジッドカップ２１２（又は、接触バルブプレート）に対する圧縮力を印加するばね２２０を支持する螺合ナット２１８（又は、ばね支持部）を備える。ばね２２０は、リジッドカップ２１２におけるリム２１１の内部に合致するリング２１５によって所定の位置に保持される。リング２０１５は、同様な機能を実行するが、ばね２２０の反対側に移動され得ることについて理解される。また、図１７を参照して、ばね２２０は、圧縮ばねであってよく、一方側におけるリング２１５及び反対側における螺合ナット２１８の間に設けられ、螺合ナット２１８の位置は、リング２１５を介して印加されるリジッドカップ２１２におけるばね２２０の力を制御するために調整可能であってよい。ばね２２０が、当業者によって知られているように、機械的エネルギーを蓄積するために用いられるいくつかの弾性体にて置き換えられ得ることについて理解される。
【００８４】
リジッドカップ２１２は、バルブによって制御される流体を受けているプレナムの内部に保持されてよく、ばね２２０は、シャフト１２について同軸の螺合要素における回転によって調整されてよい。プレナムは、シャフト１２に沿って軸方向に螺合ナット２１８を移動させるための螺合要素に関する螺合ナット２１８の回転のために螺合ナット２１８にアクセスすることを可能にする封止可能開口を備えてよい。リジッドカップ２１２は、少なくとも１つのリジッドカップ２１２の外側周辺に接続されている第１のプレナムへの流体の通路を示す第１の位置において、及び、少なくとも１つのリジッドカップ２１２の内側周辺に接続されている第１のプレナムから分離した流体及び第２のプレナムへの流体通路を示すための第２の位置において協同してよい。
【００８５】
また、図１５を参照して、ドライブシャフト１２とリジッドカップ２１２との間の接続部は、内部係合軸スロット２１３と放射ピン２１６とを備えてよい。ブッシング２１４は、ドライブシャフト１２に個別的に実装され、ブッシング２１４における孔２１７に挿入されるピン２１６によって所定の位置に保持される。ピンは、シャフト１２、ブッシング２１４を介してリジッドカップ２１２に延在する。ピン２１６は、ブッシング２１４の正確な軸位置を実現し、また、シャフト１２からバルブの回転コンポーネントに回転トルクを伝達する。リジッドカップ２１２は、ピンがスロット２１３においてスライドするので、シャフト１２及びブッシング２１４の軸に沿って移動することができ、この後、ローター２０に圧縮力を伝達するが、スロット２１３における及びシャフト１２におけるピンの係合は、回転トルクがシャフト１２からリジッドカップ２１２及びローター２０に伝達されることを確実にする。外部アクセスポート２２２（不図示）は、バルブの解体無しでの圧縮の調整を可能にする。螺合ナット２１８におけるスロット２２１は、バルブの解体無しでの要素の調整を可能にする。調整は、螺合ナット２１８がアクセスポート２２２を介して挿入される道具によって保持固定されている間に、シャフト１２の回転によって行われる。リジッドカップ２１２は、シャフト１２の軸についての回転において、リジッドカップ２１２及びシャフト１２の相対運動を防止している間に、リジッドカップ２１２の軸方向移動に加えてリジッドカップ２１２の角度形成を可能にする接続部を介してドライブシャフト１２に設けられてよい。また、ドライブシャフトを「乾燥」に維持するために、単一高温バルブにおける高温入口及び高温出口流れを置き換えること、及び、単一低温バルブにおける低温入口及び低温出口流れを置き換えることを組み合わせる改良されたバルブアセンブリを構成することが可能である。入口及び出口バルブアセンブリ２８０を組み合わせた改良された乾燥シャフトの詳細が、図１７において図示される。高温バルブ２８及び低温バルブ２４の両方は、同様な構成である。高温バルブ２８は、所定の位置に固定されており、バルブハウジング２１０に対して封止されている。ステーターにおける外側環状ポート３２各々は、バルブハウジングの床から突出しているチューブ２０５に結合される。ステーターにおける内側環状ポート９４各々は、バルブハウジングの床から突出しているチューブ２９５に結合される。チューブ各々は、ステーターへのＯリング封止２０４及びハウジング２１０へのＯリング封止２８４を備える。高温バルブは、また、シャフト１２の軸について磁石６にて回転するローター２０を備える。ローター２０は、ローター２０のＩＤ及び内側回転アセンブリ２０１の間のクリアランス２２３におけるＯリング２２８によって中心に設けられ、リジッドバルブカップ２１２に設けられる。ドライブシャフト１２は、ローター２０及び圧縮アセンブリ２３０に接続される内側アセンブリ２０１を介して同軸に通る。圧縮アセンブリ２３０は、リジッドカップ２１２及びローター２０に対して圧縮力を印加するばね２２０を支持する螺合ナット２１８を構成する。外部アクセスポート２２２及び螺合ナット２１８におけるスロット２２１は、バルブの解体無しでの圧縮の調整を可能にする。調整は、螺合ナット２１８がアクセスポート２２２を介して挿入される道具によって保持固定されている間に、シャフト１２の回転によって行われる。バルブ要素が動作中に偏心した状態に構成され摩耗する場合でさえも、クリアランス２２３におけるＯリング２２８の中心に設ける動作及びばね２２０による軸方向の力からの印加は、ローター２０がステーター９６に対して封止されることを維持する。内側回転可能アセンブリ２０１は、バルブボディの内部の流体を封止するための、及び、ドライブシャフトに流体が到達することを防止するための、各端部に設けられた２つの市販のセラミック回転面封止２０２及び２８２を備える。このような場合において、ドライブシャフトは「乾燥」を維持し、ボディーにおける封止を打ち破ること無しでバルブから分離されることができる。この構成は、高温入口及び出口バルブが、低温入口及び出口バルブ、又はベッド及び磁石アセンブリを妨害すること無しで、設けられ、又は取り除かれ及び置き換えられることを可能にする。
【００８６】
シャフト１２は、シャフト１２及びリジッドカップ２１２におけるキーウェイ及びキーシートを接続する特別鍵２０８を用いてリジッドカップ２１２に接続されてよい。特別鍵２０８は、ドライブシャフトのスロットに合致し、内側回転可能アセンブリ２０１の内側ボアにおけるスロットと係合される。鍵２０８は、ドライブシャフト１２から内側回転可能アセンブリ２０１へのトルク伝達をもたらす。鍵２０８は、また、ドライブシャフト１２に対する内側回転可能アセンブリ２０１の正確な軸位置の制御を実現する。鍵２０８のシャンクは、（シャフト１２の径の内部の）スロットにおける平面に合致するように設計される。これにより、封止２０２が干渉せずに鍵２０８に隣接して動作することが可能になる。鍵２０８は、外側ナット２０９が実装されるときに、軸位置が硬くロックされるように、ドライブシャフト１２に共に螺合される。鍵２０８は、ドライブシャフト１２に内側回転可能アセンブリ２０１を硬く結合する。これは、内側回転可能アセンブリ２０１の位置が正確に決定されることを可能にする。これは、また、正確な軸位置を維持している間に、反対バルブ面の不均衡な圧縮力を許容する。シャフト１２からのバルブアセンブリ２８の取り外しは、シャフト１２からナット２２４を非螺合することにより、この後に、保持リング２２６から離れる方向においてシャフト１２に沿って鍵２０８及びバルブ内側要素と一緒に、チューブ２０５及び２９５をＯリング２８６及び２９６からスライドして、ハウジング２１０をスライドすることによって行われ得る。鍵２０８は第１の方向におけるシャフト１２の第１の終端からの第１の方向における鍵２０８の引き抜き、及び第１の方向とは反対の第２の方向におけるシャフト１２の引き抜きを可能にするために、シャフト１２の終端に延在する。
【００８７】
ベアリング１０２及び１０４は、高温バルブハウジング内に組み込まれる。これは、コンパクトな設計を可能にし、外側ベアリング１０２に対して外側ナット２０９の圧縮負荷を可能にし、バルブボディにおける合致を保証する。内側ベアリング１０４は、シャフト１２に設けられている保持リング２２６に対して設けられる。
【００８８】
チューブ２０５の外側環は、ベッドの入口ポート２８８に接続しており、Ｏリング２８６によって封止されている。チューブ２９５の内側環は、ベッドの外側ポート２９８に接続しており、Ｏリング２９６によって封止されている。
【００８９】
低温バルブ２４は、図１７に図示されているように、高温バルブと同様な構造の手法を用いることができる。モーター１０は、シャフト１２の回転を駆動し、高温バルブ２８のローター２０及び低温バルブ２４のローター１８の両方の回転を駆動する回転になる。モーターは、また、磁石６の回転を駆動する。代替的に、低温流れは、図８に示されるものと同様にして、一方向バルブによって制御され得る。
【００９０】
図１７に示される流れ構造の利点は、バルブから個別ベッドへ流れを運んでいるチューブ（例えば、２０５及び２９５）の全てが、短く及び同じ長さ及び形状になり得ることである。チューブの構成は、圧力低下を減少させ、及び、ベッドの間の均一な流れのタイミング及び分配を達成することを支援する。単一の同軸アセンブリにおける入口及び出口バルブ機能を組み合わせる図１７の設計の構成は、同軸アセンブリにおける分離した入口及び出口バルブにて達成可能なものよりも、短い全体の長さを備える低温ユニットの構造を可能にする。同様な利点は、図１１において図示されている設計構成に適用される。より短い低温ユニットは、限定された空間を有する位置において合致することが必要である製品においてより容易に組み入れられる。
【００９１】
図６、１７及び１８を参照して、シャフト１２は、バルブからの流体を受けているプレナムを介して通ってよく、及び、回転封止２０２又はスリーブアセンブリによってプレナムから分離されてよい。回転封止２０２は、軸についての第２のスリーブ部に関する第１のスリーブの相対回転移動を可能にする他の部分の対応スライド封止に接続されているスライド封止を備えているシャフトの各部分の異なる軸部分における第１及び第２のスリーブ部を備えてよい。スライド封止は、間の漏れを防止するために係合部に第１及び第２の封止部を付勢しているばね３０６を備えてよい。
【００９２】
図１８は、図６又は１７の改良されたバルブアセンブリの乾燥シャフトにおいて用いられ得る回転封止２０２の詳細を図示している。封止２０２は、バルブの固定末端プレート３１０（図６）に密着している固定カップ３０２を備える。固定カップ３０２は、また、蛇腹封止３０７及びばね３０６によって固定封止リング３０４に接続されている。固定封止リング３０４は、バルブの回転アセンブリ２０１（図６）に対して封止する回転封止ガスケット３１２に封止される回転封止リング３０８と係合して封止する。この封止構造は、バルブの内部の流体が、バルブボディの内部から漏れること、又は、バルブの乾燥シャフト１２（図６）に到達することを防ぐ。図１７の封止２８２は、封止２０２と一致している構造である。
【００９３】
上述の実施形態において示されている磁石アセンブリは、１つの高磁界領域と反対の低磁界領域を有する単一丸突出設計である。しかしながら、多数の高磁界領域と多数の低磁界領域とを有する磁石アセンブリを採用することが好適であり得る。このような場合のために、同軸ディスクバルブは、多数の高磁界領域におけるベッドに同時に低温から高温流れに向け、及び多数の低温磁界領域におけるベッドに同時に高温から低温流れに向ける追加スロットにて実装され得る。
【００９４】
メインドライブシャフトと回転スライド接続し及び同軸のバルブを設けることによって、このシャフトとバルブシャフトとの間のベルトとプーリーの接続の必要性が除去される。これらのベルト及びプーリーは、モーターによって供給されるエネルギーを浪費し、これらの除去は、ＭＲシステムのエネルギー効率を改善する。ベルト及びプーリーは空間をとり、よって、これらの除去は、また、より小さく、よりコンパクトなシステムをも実現する。
【００９５】
また、同軸バルブを配置することは、バルブ及び固定ベッドに通じている流体コンジット（一般的にパイプと称する）の長さを減少させる。本発明が、各ベッドの低温及び高温側の両方における分離した入口及び出口パイプの使用を可能にすることについて留意されたい。各パイプにおいて一方向性の分離した流れの入口及び出口パイプを使用することによって、パイプに入る全ての流体は、最後に目的ベッド又は目的熱交換器に到達する。従って、パイプ内の流体は、ＡＭＲサイクルの動作に貢献し、「デッドボリューム」を示さない。しかしながら、分離した入口及び出口パイプを備え、同軸バルブを備える可能なより短いパイプの長さは、更に２つの利点を提供する。第１に、より短い長さは、流体がパイプを介してコンジットを介して流れるときに、流体によって生じる圧力低下を減少させ、これは、安定した流れへのパイプの流体抵抗が減少されることである。これは、ポンプにおける負荷を減少させ、また、システムのエネルギー効率を改善する。第２に、より短いパイプ長さは、バイパス流れの量、流体がベッドをバイパスして高温入口バルブから高温出口バルブに直接的に進む現象を減少させる。バイパス流れは、冷却に貢献せずに、従って、ポンプによって提供されるエネルギーを浪費する；バイパス流れの減少は、従って、ＭＲシステムのエネルギー効率を改善する。
【００９６】
減圧下の流体排出の後の加圧下での可変配管要素、配管要素のための流体キャパシタンスの形式、の周期的な拡大によって、部分的にバイパス流れが生じる。このバイパス流れ機構を説明するために、図２を参照する。高温入口流体は、流体回路における最も高い圧力下である。この圧力下において、消磁ベッド４の高温入口ポート４２に高温入口バルブ２２を接続しているパイプ６４ｂは、僅かに拡大し、他の状態ではベッド４を介して通るいくらかの流体を蓄積する。低温ブローが完了した後に、Ｈｉ及びＣｏバルブ２２、２４は、このベッド２の高温パイプ６４ｂを封止し、蓄積された流体が高温入口パイプ６４ｂを出ることを防止している。バルブが高温ブローのために回転するときに、ベッド４に接続された高温出口パイプ８２ｂは、流れを運ぶことができ、よって、高温入口パイプ６４ｂにおいて蓄積された加圧流体は、高温出口パイプ８２ｂを介して高温出口バルブ２８に排出されることができ、高温入口パイプ６４ｂを元来の形状に戻すことを可能にする。高温ブローの間の流体排出及び減圧の後の、低温ブローの間の、加圧、減圧、及び流体蓄積の周期的な工程は、バイパス流れを生じさせる。低温ブロー中に蓄積され得る流体の量は、高温入口バルブをベッドの高温入口ポートに接続しているパイプの長さと共に増大する。同軸バルブを設けることは、このコンジットの長さを最小化し、加圧中の流体の量の増加を最小化し、従って、バイパス流れを最小化しシステム性能を改善する。ＡＭＲシステムの最良の動作のために、ベッドへのコンジットの内部流体の量における変化は、ＡＭＲサイクル中の流体圧力を最小から最大に増加させるときに、コンジットの組がベッドに流れを運ぶ１つのＡＲＭサイクルにおける期間の間に単一ベッドに運ばれる流体の量の合計の５％未満であるべきである。
【００９７】
同軸バルブ構造の追加の利点は、ベッドをバルブに接続している同様な流れ機能のコンジットが、シャフト軸の周囲に対称に設けられること、及び一致している形状及び長さになることを可能にすることである。ベッドをバルブに接続しているコンジットのための４つの流れ機能が存在し、：高温入口、高温出口、低温入口、及び低温出口である。高温入口流れを各々実行している２つのパイプの両方は、異なるベッドに接続されてよいが、同様な機能を有している。対称的な配置及び一致した形状の例のために、図２において、図に示されている２つのベッド２及び４がシャフト１２の軸について相互から１８０度の回転角度にて設けられ、及び、また、低温入口バルブにおけるポート３８ａ及び３８ｂが同じ軸について相互から１８０度の角度にて設けられる場合、２つの低温入口パイプ７２ａ及び７２ｂは、一致した形状及び長さの一致した要素であることができるが、シャフト１２の軸について相互から１８０度の角度にて設けられる。製造コストの節約に加えて、同様な流れの機能のコンジットの一致している形状及び長さは、流れを安定させるためにコンジットの抵抗が等価になることを確実にする。加えて、同様な流れの機能のコンジットが、形状及び長さ及び壁厚において一致している場合、同様な機能のコンジットは、ＡＭＲサイクル中の流体圧力を最小から最大に増加させるときの、内部流体の量における等価な変化を有する。最後に、同様な流れの機能のコンジットが一致した形状及び長さと共に同様な内部断面を備える場合、コンジットは、等価な内部流体の量を備えており、コンジットに蓄積されている流体の量は一致し、従って、流体ブローの開始における流体流れを加速するために必要とされる動的圧力低下が等価になる。同様な流れの機能のコンジットの等価特性は、従って、流れ衝突による圧力低下、及びコンジット拡大及び流体慣性による流れの時間的な影響が、ベッドの全てに関して一致すること、を確実にする。これは、全てのベッドが、ＡＭＲサイクル中に同様な流れ対時間を得ることを確実にすることを援助し、効率及び温度範囲を改善することができる。
【００９８】
第１第３実施形態における高温出口バルブからポンプへの流れ（図２、４、及び５）は、バルブからポンプへの、一つの方向においてのみ生じ、従って、一方向性の流れである。
【００９９】
本発明は、同様な流れ機能のコンジットが等価な長さになることを可能にするが、高温出口及び高温入口のような同様でない流れ機能のコンジットは、異なる長さでよい。
【０１００】
上述の実施形態における出口バルブからポンプへの流れは、バルブからポンプへの、一つの方向においてのみ生じ、従って、一方向性の流れである。これは、図２における高温出口バルブ２８とポンプ３０との間のパイプ８４に含まれている流体が、例えば、デッドボリューム損失に貢献せずに、従って、ポンプ３０は、同軸バルブ及びベッドアセンブリの外側に設けられ得る。これは、いくつかの便利な種類のポンプの使用を可能にする。特に、歯車ポンプ、ねじポンプ、ピストンポンプ、ダイアフラムポンプ、ロータリーポンプ、及びスクロールポンプのような容量型ポンプが、用いられ得る。容量型ポンプは、幅広い動作圧力の範囲においてほぼ一定である流れを生成する。容量型ポンプの使用は、流れが異なるＡＭＲベッドの間で置き換えられるときに、流速を意図されたレベルに迅速に到達させることができる。加えて、非容量型ポンプの一般的な形式である渦巻ポンプは、比較的大量の流量又は低い耐圧強度にて効率的であるのみであるが、効率的な容量型ポンプは、幅広い流量又は耐圧強度において製造されることができる。ＡＭＲベッドにおける効率的な熱交換は、高い動作圧力になる傾向があり小規模から中規模システムのための渦巻ポンプの効率的な動作に好適でない、大きな内部熱交換領域を要する。
【０１０１】
高温から低温への流れ、又は、低温から高温への流れが、時間において１つのみのベッドに生じる場合、容量型ポンプの使用は、期間において流れがブロックされないことを確実にするための正確なバルブタイミング、又は代替的に、ポンプ出口における流体蓄積器の使用のいずれかを要し得る。
【０１０２】
上述の本発明の記載は回転ディスクバルブの使用に基づいていたが、所望される流路を開閉するために回転動作にまた依存する他の種類のバルブが使用さることができ、本願発明の範囲内になり得ることは明らかである。
【０１０３】
特定用語は、参照の目的のために本明細書で使用され、限定することを意図しない。例えば、「上側」、「下側」、「上」、「下」のような用語は、参照に用いられる図面の方向を参照する。「前」、「背後」、「後ろ」、「底」、及び「横」のような用語は、記載されている要素のテキスト及び要素を図示している関連する図面への参照によって明確にされる、参照の首尾一貫しているが任意の枠組み内の要素の部分の方向を記述する。このような用語は、明確に上述された用語、これらの派生した用語、及び同様に意味する用語を含み得る。同様に、用語「第１」、「第２」、及び構造を参照している他の数字の用語は、内容によって明確に示されない限り、順序又は順番を意図しない。
【０１０４】
本明細書及び例示の実施形態の要素又は特徴を表すとき、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」、及び  「その（ｓａｉｄ）」の用語は、１つ以上のこのような要素又は特徴の存在を意味することを意図する。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」の用語は、全て含むことを意図し、これらの特定の記述されたもの以外の追加の要素又は特徴が存在し得ることを意味する。明細書に記述された方法ステップ、プロセス、及び動作は、実行の順番が具体的に特定されない限り、記述又は図示された特定の順番での実行を要することが必須であるとされない、ということについて更に理解される。また、追加の代替のステップが採用されてよい、ということについて理解される。
【０１０５】
本明細書に記載されている実施形態及び図面及び請求の範囲に限定されない本発明は、実施形態の一部及び添付の請求項の範囲内である異なる実施形態の要素の組み合わせを含んでいるこれらの実施形態の変形例を含むことが理解されるべきであることを具体的に意図する。本明細書に記載の全ての文献は、全体の参照によって明細書に組み込まれる特許及び非特許文献を含んでいる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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