包括不具有包含鐵和硅和鑭系元素的合金的磁致熱材料的整體部件和包括所述部件的熱 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)闊嵩O(shè)備領(lǐng)域，更具體地為磁冷發(fā)生器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，盡管基于氣體壓縮和膨脹的常規(guī)制冷技術(shù)的效率仍然不足的事實(shí)，冷加工解決了不斷變化的需要并且目前占據(jù)了特別用于調(diào)節(jié)空氣和食品儲(chǔ)存的世界電力消耗的較大比例。
[0003]最早的制冷劑例如氨、二氧化硫、二氧化碳或氯甲烷對(duì)于人類和環(huán)境來說非常具有毒性。這些物質(zhì)曾經(jīng)被含氯氟烴替代，所述含氯氟烴本身由于其對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)和對(duì)臭氧層的破壞而在新千年的前幾年被禁止。由于目前使用的氫氯氟烴持續(xù)以較小比例具有與之前的制冷劑相同的破壞作用，該問題仍然存在。
[0004]在本文中，因此在開發(fā)新型冷加工技術(shù)的過程中存在能量方面和環(huán)境方面的雙重優(yōu)點(diǎn)，所述新型冷加工技術(shù)能夠一方面消除制冷劑氣體而另一方面改進(jìn)能量效率。可以特別引用的替代技術(shù)包括:熱聲制冷、熱電制冷或甚至是磁制冷。
[0005]磁制冷依靠的是某些材料的磁致熱效應(yīng)(EMC)，所述磁致熱效應(yīng)(EMC)由當(dāng)所述材料經(jīng)受磁場時(shí)的溫度變化而構(gòu)成。因此使這些材料經(jīng)受一系列磁化和退磁循環(huán)并且與傳熱流體進(jìn)行換熱以獲得最寬的可能溫度變化。所述磁制冷循環(huán)的效率超過常規(guī)制冷循環(huán)的效率約30%。
[0006]可以通過磁制冷實(shí)現(xiàn)的所述能量節(jié)約對(duì)于家用或工業(yè)空氣調(diào)節(jié)或制冷應(yīng)用來說是特別令人感興趣的。
[0007]當(dāng)材料的溫度接近其居里溫度時(shí)磁致熱效應(yīng)(EMC)達(dá)到最大，居里溫度(Tc)為材料失去其自發(fā)磁化的溫度。高于該溫度，材料處于被稱為順磁狀態(tài)的無序狀態(tài)。
[0008]—些磁性材料例如禮、砷或某些MnFe型合金具有特別適合于上述應(yīng)用的磁致熱性質(zhì)。
[0009]在這些合金(特別是基于Si的合金)中，根據(jù)所尋求的居里溫度，已知的實(shí)踐是能夠使用基于LaFeSiCo或基于LaFeSi (H)的合金。在LaFeSi化合物中插入輕原子例如氫或鈷可能是增加居里溫度同時(shí)保持材料高的EMC效應(yīng)的有效方式。由于所述材料的磁致熱性質(zhì)連同允許進(jìn)行批量市場應(yīng)用的生產(chǎn)成本(所述生產(chǎn)成本比諸如釓的材料的生產(chǎn)成本更有利)，所述材料是特別令人感興趣的。
[0010]一般而言，為了利用所述磁致熱材料的性質(zhì)，磁冷技術(shù)依靠的是這些材料與可以基于水的傳熱液體的相互作用。
[0011]當(dāng)將材料置于磁場中時(shí)所述材料幾乎即刻加熱，而當(dāng)將材料從磁場中移除時(shí)所述材料以相似的熱動(dòng)力學(xué)冷卻。
[0012]在這些磁變相位中，材料通過被稱為傳熱液體的液體，所述液體將或者在所謂的磁化相位的過程中通過與材料接觸而加熱，或者在所謂的退磁相位的過程中通過與材料接觸而冷卻。
[0013]常規(guī)地，傳熱流體在存在于磁致熱材料中的直線通道或出射孔中循環(huán)，該循環(huán)對(duì)應(yīng)于流體的層流液壓流模式，從而獲得最大的交換表面積和最小的液壓壓頭損失。
[0014]因此，循環(huán)包括:
[0015]-磁化相位(磁性狀態(tài)=I);
[0016]-退磁相位(磁性狀態(tài)=O)
[0017]其通過每個(gè)相位中可用的能量反映。
[0018]重復(fù)該循環(huán)直至數(shù)赫茲的頻率。當(dāng)頻率增加時(shí)，通過裝置傳遞的熱功率(例如:7令卻)也增加。
[0019]為了使該功率隨著頻率的增加而成比例地增加，需要在材料和液體之間具有能夠增加該熱流的換熱特征。
[0020]由磁致熱材料制成的部件的幾何形狀因此是保證所述部件和傳熱流體之間的最佳換熱的重要條件，所述傳熱流體循環(huán)并且與所述部件接觸。
[0021]已知的實(shí)踐是使用層狀結(jié)構(gòu)的磁致熱材料，所述層狀結(jié)構(gòu)的磁致熱材料允許流體在所述葉片之間循環(huán)并且因此增加與傳熱流體的交換表面積。
[0022]因此需要可再現(xiàn)地、不斷地并且非常精確地計(jì)量材料的所述葉片之間的距離從而最佳地控制換熱過程。這需要使用共同葉片定位元件同時(shí)保證獲得令人滿意的換熱特征所需的幾何參數(shù)的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]在本文中，本發(fā)明提出由磁致熱材料制成的優(yōu)化的部件結(jié)構(gòu)和能夠制備所述部件的方法，而目前展開的常規(guī)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化換熱所需的形狀比，因?yàn)樵谂坎考幸@得過小的尺寸。
[0024]更具體地，本發(fā)明的主題是整體部件(即由整塊制成的部件)，所述整體部件基于至少一種不具有包含鐵和硅和鑭系元素的合金的磁致熱材料，其特征在于:
[0025]-所述部件包括基部和一組N個(gè)單元葉片La，i，所述基部設(shè)置在由第一方向Dx和第二方向Dy限定的第一平面中，所述第二方向Dy與所述第一方向Dx成直角，所述葉片I^i固定至所述基部；
[0026]-所述葉片具有在所述第一方向上的第一尺寸I\ai，x，在所述第二方向上的第二尺寸D^y和在第三方向Dz上的第三尺寸D Lalz,所述第三尺寸Dw，z與所述第一和第二尺寸成直角；
[0027]-第i個(gè)葉片基本上平行于第(i+1)個(gè)葉片并且通過第i個(gè)距離Cli與第(i+1)個(gè)葉片分離；
[0028]-所述第二尺寸DwjP所述第一尺寸DLai,之間的比例大于或等于10 ;
[0029]-所述第三尺寸隊(duì)_和所述第一尺寸D城之間的比例大于或等于6;
[0030]-所述第一尺寸隊(duì)&與分離第i個(gè)葉片和第(i+1)個(gè)葉片的所述距離Cli具有相同的數(shù)量級(jí)。
[0031]特別合適的尺寸可以在如下范圍內(nèi):
[0032]0.1mm < DLai?x^ 0.8mm ;
[0033]10mm DLai；x^ 10Omm ；
[0034]5mm < DLai，z< 25mm，并且優(yōu)選為約 12mm。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，第i個(gè)葉片和第(i+1)個(gè)葉片之間的距離在約0.1mm和Imm之間。
[0036]有利地，本發(fā)明的另一個(gè)主題是包括兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的整體部件的復(fù)合部件，所述兩個(gè)部件首尾相連地嵌入，使得能夠減少葉片之間的自由空間。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述葉片包括凸起上表面。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述基部包括在第i個(gè)葉片和第(i+Ι)個(gè)葉片之間的挖空表面。
[0039]有利地，空谷的輪廓可以為凹陷類型，以這樣的方式優(yōu)化空谷具有的曲率半徑從而增強(qiáng)旨在在葉片之間循環(huán)的傳熱流體的速度。通常地，曲率半徑可以為約0.1_。
[0040]通常地，整體部件的葉片的數(shù)目可以在十個(gè)左右和三十個(gè)左右的葉片之間。
[0041]應(yīng)注意可能有利的是制造熱發(fā)生設(shè)備，所述熱發(fā)生設(shè)備包括在不同居里溫度下操作的磁致熱元件并且因此包括由不同的磁致熱材料制成的部件，這些部件必須可以通過標(biāo)記元件的存在容易地識(shí)別。
[0042]這解釋了為什么根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式所述一組葉片包括至少一個(gè)第三尺寸不同于其它葉片的葉片，從而能夠構(gòu)成所述整體部件的標(biāo)記。所述一組葉片Lu、…、La，N中涉及的葉片i的定位是相對(duì)于給定的居里溫度。
[0043]相似地，也可以在基部上合并區(qū)別標(biāo)志，更具體地在該情況下，所述基部包括至少一個(gè)在第i個(gè)葉片和第(i+Ι)個(gè)葉片之間的表面，所述表面挖空的方式不同于其它挖空的表面，從而能夠構(gòu)成所述整體部件的標(biāo)記。
[0044]有利地，在具有兩個(gè)首尾相連地裝配的塊的構(gòu)造中，第三尺寸大于所述塊的其它葉片的葉片將裝配在以適形尺寸挖空的基部中，所述適形尺寸將允許兩個(gè)塊的相對(duì)定位從而保證均勻并且符合規(guī)格的流體葉片厚度。這些值得注意的尺寸因此可以履行標(biāo)記功能和定位功能或僅履行這些功能之一。
[0045]為了優(yōu)化通過整體部件的流體流動(dòng)構(gòu)造，在所述基部的第三方向上的尺寸DE，Z和在所述基部的第二方向上的尺寸DE，y之間的比例在約1/5和1/30之間；
[0046]-在所述基部的第三方向上的尺寸DE，Z和所述第三尺寸1)%2之間的比例為約1/20 ；
[0047]-所述第一尺寸Dw，x優(yōu)選基本上等于在所述基部的第三方向上的尺寸DE，z。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述基部由基部材料制成，所述葉片由至少一種磁致熱材料制成，所述基部材料和所述磁致熱材料不同。通常地，所述基部可以由非磁致熱材料制成，所述非磁致熱材料比磁致熱材料更廉價(jià)。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，整體部件包括至少兩個(gè)系列的由至少兩種不同的磁致熱材料制成的葉片。因此，通過混合例如不同的磁致熱材料和因此混合居里溫度，能夠?qū)⒉考捌錈崽卣骶?xì)地調(diào)整至一組特定的規(guī)格。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述整體部件包括至少一種選自如下的磁致熱材料:釓、MnFe族合金、MnFeSn合金和GdTb族合金。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述磁致熱材料為包含至少一種第一磁致熱材料的粉末和有機(jī)粘合劑的復(fù)合材料。
[0052]本發(fā)明的另一個(gè)主題是熱模塊，所述熱模塊包括至少一個(gè)磁致熱元件，所述磁致熱元件包括旨在被傳熱流體穿過的開口，其特征在于，所述磁致熱元件包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的整體部件或復(fù)合部件。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述模塊包括裝配有殼體的環(huán)形布置，所述殼體被整體部件填充。
[0054]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述布置包括用于使流體通過的通道。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述熱模塊包括具有沿徑向分布的分支的平坦圓盤結(jié)構(gòu)，所述分支包括所述殼體和V形端部。對(duì)于所述構(gòu)造，有利地，所述整體部件具有V形幾何形狀，在所述基部上的所述一組葉片至少部分地在第二方向Dy上折疊。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變體形式，所述分支以V