CN102967172B - 磁热模块及磁热装置 - Google Patents

Abstract

一种磁热模块包含至少一磁热材料以及容器。前述磁热材料相应于可变且可控制的磁场而产生热量变化。一种磁热装置，包含：一外壳；至少一磁性元件，用以产生一可变磁场；以及至少一磁热模块，可替换地置入该外壳，该磁热模块包含：至少一磁热材料，相应于该可变磁场而产生热量变化；以及一容器，用以容置该磁热材料。本发明实施例通过选择合适的磁热材料来提供一种简单、可替换的磁热模块，以于不同应用或不同区域或领域的环境下执行热交换功能，以达成最佳能源使用效率。

Description

磁热模块及磁热装置

技术领域

本发明涉及一种磁性模块及磁性装置，且特别涉及一种磁热模块及采用磁热模块的磁热装置。

背景技术

采用磁热效应(Magneto-Caloric Effect，MCE)为基底来制作热交换系统的方式已行之有年，磁热(Magneto-Caloric，MC)材料具有特定的居礼温度(Curietemperature)。详述之，磁热材料具有特定的温度范围，而能相应于进入或退出磁场以被磁化或去磁。于操作上，磁热材料会因其处于不同的状况而受到温度的影响，诸如处于热带地区、亚热带地区或沙漠地区，如此，热交换系统的特性将受到限制。同样地，即便将多种磁热材料串接，前述串接的磁热材料的温度范围或能量转换效率亦无法达到上开需求。

由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来仍未发展出适当的解决方案。

发明内容

本发明内容的一目的是在于提供一种磁热模块及磁热装置，藉以改善热交换器的能量转换效率，并藉使磁热材料的升级或更换的操作更加便利。

本发明提供一种磁热模块，其依磁场而变化，其包含至少一磁热材料以及容器。前述磁热材料相应于可变且可控制的磁场而产生热量变化。前述容器用以容置前述磁热材料。

根据本发明一实施例，容置于前述容器的前述磁热材料可替换。

根据本发明另一实施例，前述磁热材料具有磁性转变温度。

根据本发明再一实施例，前述磁热材料应用于冷交换器及/或热交换器。

为达上述目的，本发明内容的另一技术形式关于一种磁热装置，藉以改善热交换器的能量转换效率，并藉使磁热材料的升级或更换的操作更加便利。前述磁热装置包含外壳、至少一磁性元件以及至少一磁热模块。前述磁性元件用以产生可变磁场。前述磁热模块可替换地置入前述外壳。前述磁热模块包含至少一磁热材料以及容器。前述磁热材料相应于前述可变且可控制的磁场而产生热量變化。前述容器用以容置前述磁热材料。

根据本发明一实施例，前述磁性元件设置于前述外壳内。

根据本发明另一实施例，前述磁热装置更包含辅助装置，前述辅助装置用以辅助前述磁热模块以置入前述外壳或由前述外壳取出。

根据本发明再一实施例，前述磁热材料可替换。

根据本发明又一实施例，前述磁热装置更包含多个磁热模块。前述磁热模块之间为串联、并联或串联/并联成一组合而设置于前述外壳内，前述磁热模块中的每一磁热材料为相同或相异的。

根据本发明另再一实施例，前述磁热材料具有一磁性转变温度。

根据本发明另又一实施例，前述可变磁场可控制。

根据本发明再另一实施例，前述磁性元件包含永久磁铁、电磁铁及超导磁铁的其中至少一种。

根据本发明再又一实施例，前述磁热模块对应于前述磁性元件而做一相对移动。

根据本发明又另一实施例，前述相对移动通过开启或关闭前述电磁铁或前述超导磁铁而产生。

为达上述目的，本发明内容的再一技术形式关于一种磁热装置，藉以改善热交换器的能量转换效率，并藉使磁热材料的升级或更换的操作更加便利。前述磁热装置包含外壳、至少一磁性元件、承载装置以及辅助装置。前述磁性元件用以产生可变磁场。前述承载装置可替换地置入前述外壳，用以承载至少一磁热材料，前述磁热材料相应于前述可变磁场而放热或吸热。前述辅助装置用以辅助前述磁热模块以置入前述外壳或由前述外壳取出。

根据本发明一实施例，前述磁性元件设置于前述外壳内。

根据本发明一实施例，前述磁热材料可替换。

根据本发明再一实施例，前述辅助装置包含滑轨、沟槽、榫头、定位器及其组合的其中至少一者。

根据本发明又一实施例，前述承载装置包含多个穿透孔，用以提供冷交换器及/或热交换器作为一传热液流通渠道。

根据本发明另再一实施例，前述磁热装置更包含控制单元。控制单元耦接并控制前述磁性元件。

因此，本发明实施例的可替换磁热模块或材料可应用于热交换系统或磁热系统，藉使磁热材料的升级或更换的操作更加便利，并改善热交换器的能量转换效率。

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下。

附图说明

图1为依照本发明一实施例的一种磁热模块的示意图。

图2为依照本发明另一实施例的一种磁热模块的示意图。

图3为依照本发明再一实施例的一种磁热装置示意图。

图4为依照本发明又一实施例的一种磁热装置示意图。

图5为依照本发明另再一实施方式的一种磁热装置示意图。

图6为依照本发明再另一实施方式的一种磁热装置示意图。

其中，附图标记说明如下：

100：磁热模块

141：磁热材料

150：容器

200：磁热模块

241~244：磁热材料

250：容器

300：磁热装置

310：外壳

320：磁性元件

331：第一磁热模块

332：第二磁热模块

341：第一磁热材料

342：第二磁热材料

351、352：容器

360：辅助装置

400：磁热装置

410：外壳

420：磁性元件

431、432：磁热模块

441、442：磁热材料

451、452：容器

500：磁热装置

510：外壳

520：磁性元件

541：磁热材料

550：承载装置

具体实施方式

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，可参照所附的图式及以下所述各种实施例，图式中相同的号码代表相同或相似的元件。但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。

图1为依照本发明一实施例的一种磁热模块100的示意图。磁热模块100依磁场而变化，其包含至少一磁热材料141以及容器150。磁热材料141相应于可变且可控制的磁场(图1中未示)或由磁性元件(图1中未示)所产生的磁通量的范围而产生热量变化，或以卡路里或千卡/小时(frigories)为计量单位。容器150用以容置磁热材料141。磁热材料141可为任意可容置于容器150的形状，且不以图1所示为限。

当磁热材料141依磁场而变化时，磁热材料141受磁场或磁热效应的影响而升温。若磁场消失或显著地下降，磁热材料141受去磁化或磁冷效应的影响而降温。因此，磁热材料141可相应地被应用于冷交换器以及/或热交换器。

在本发明的一实施例中，更包含辅助装置(例如：图3中的辅助装置360)用以辅助容器150以置入磁热装置(图1中未示)或由磁热装置取出。辅助装置可设置于容器150与磁热装置的内表面之间。辅助装置选自于由滑轨、沟槽、榫头、定位器及其组合所组成的群组。由于辅助装置可用以辅助容器150于磁热装置内进行相对移动，由此可知，容器150亦可替换。

在本发明的另一实施例中，容置于容器150的磁热材料141可替换。举例而言，容置于容器150的磁热材料141可依据特殊应用或特殊温度范围的需求，而被具有不同磁热特性的材料替换。

在本发明的又一实施例中，磁热材料141具有磁性转变温度。举例而言，不同的磁热材料具有不同的磁性转变温度(或称居礼温度)，当温度超过磁性转变温度时，强磁材料或亚铁磁材料会转变为顺磁体，前述现象为可逆现象。若磁热材料141被加热到居礼温度以上，磁热材料141将失其磁性。因此，可弹性地选择磁热材料141以符合不同应用或操作环境下所需的特殊温度范围。

于本发明的再一实施例中，磁热材料141包含稀土金属、合金及其组合的其中至少一者。举例而言，磁热材料141可选自诸如FeRh，Gd5Si2Ge2，Gd5(Si1-xGex)4，RCo2，La(Fe13-xSix)，MnAs1-xSbx，MnFe(P，As)，Co(S1-xSex)2，NiMnSn，MnCoGeB，R1-xMxMnO3，(其中R=lanthanide，M=Ca、Sr及Ba)，等。

在本发明的另再一实施例中，磁场可变及可控制。磁场可受控制以增加或减少磁热材料141的温度，以控制热交换器、与其相似的装置或其余装置的温度。

图2为依照本发明另一实施例的一种磁热模块200的示意图。如图2所示的磁热模块200相似于第1图所示的磁热模块100。磁热模块200包含四个磁热材料241~244以及容器250。磁热材料241~244相应于前述可变及可控制的磁场(图2中未示)或由磁性元件(图2中未示)所产生的磁通量的范围而产生热量变化，或以卡路里或千卡/小时(frigories)为计量单位。容器250用以容置磁热材料241~244。

各个磁热材料241~244的磁热特性为相似或相异的。因此，磁热材料241~244可于不同应用或操作环境下采用特殊温度范围。图1与图2中磁热模块的其余结构或相互关连为相同或相似，因此在此不做赘述。

本发明实施例的优点在于可通过以具有不同磁热特性的材料来替换磁热模块及/或磁热材料，而能调整热交换器或与其相似装置的特性。此外，通过在热交换器或相似装置中增加相同或不同的磁性材料，可定义前述特殊温度范围。

图3为依照本发明再一实施例的一种磁热装置300示意图。磁热装置300包含外壳310、至少一磁性元件320以及至少一磁热模块，举例而言，如图3所示的第一磁热模块331以及第二磁热模块332。磁性元件320用以产生磁场(图3中未示)，举例而言，磁性元件320设置在外壳310内。值得注意的是，磁性元件320亦可设置于外壳310之外，因此本发明并不以图3所示为限。磁热模块331以及332可替换地置入外壳310。第一磁热模块331包含第一磁热材料341以及容器351，而第二磁热模块332包含第二磁热材料342以及容器352。磁热材料341以及342相应于其在磁场内的相对移动或由磁性元件320所产生的磁通量的范围而产生热量变化，或以卡路里或千卡/小时(frigories)为计量单位。容器351用以容置第一磁热材料341，而容器352用以容置第二磁热材料342。

当磁热材料341以及342依磁场而变化时，磁热材料341以及342受磁场或磁热效应的影响而升温。若磁场消失或显著地下降，磁热材料341以及342受去磁化或磁冷效应的影响而降温。因此，磁热材料341以及342可应用于磁热装置、与其相似装置或其它装置的冷交换器及/或热交换器中。

在本发明的一实施例中，磁热装置300更包含辅助装置360用以辅助容器351以及352以置入外壳310或由外壳310取出。辅助装置360可设置于容器351、352与外壳310的内表面之间。辅助装置360可为滑轨、沟槽、榫头、定位器及其组合的其中至少一者。由于辅助装置360可用以辅助容器351、352于磁热装置300内进行相对移动，由此可知，磁热模块331以及332可替换。

在本发明的另一实施例中，容置于容器351的磁热材料341可替换，因此容置于容器352的磁热材料342亦可替换。举例而言，容置于容器351的磁热材料341可依据特殊应用或特殊温度范围，而被具有不同磁热特性的材料替换。同样地，容置于容器352的磁热材料342亦可做相似地替换，在此不作赘述。

请一并参照图3与图4。图4为依照本发明又一实施例的一种磁热装置400示意图。如图4所示的磁热装置400相似于图3所示的磁热装置300，因而在此不作赘述。

在本发明的再一实施例中，如图3所示，外壳310中的磁热模块331以及332串联相接，磁热模块331以及332的磁热材料为相同或相异的。如图4所示，外壳410中的磁热模块431与磁热模块432并联，磁热模块431以及432的磁热材料为相同或相异。若磁热装置400中具有两个或以上的磁热模块，这些磁热模块之间可串联、并联或串联/并联成一组合而同时设置于外壳内。

在本发明的又一实施例中，图3与图4中的每一磁热材料341、342、441及442具有磁性转变温度，且每一磁热材料341、342、441及442之间可具有不同的磁性转变温度。举例而言，不同的磁热材料具有不同的磁性转变温度(或称居礼温度)，当温度超过磁性转变温度时，强磁材料或亚铁磁材料会转变为顺磁体，前述现象为可逆现象。若磁热材料被加热到居礼温度以上，磁热材料将失其磁性。因此，可弹性地选择磁热材料以符合不同应用或操作环境下所需的特殊温度范围。

于本发明的再一实施例中，图3与图4所示的磁性元件320以及420包含永久磁铁、电磁铁及超导磁铁的其中至少一种。在一实施例中，磁场可变且可控制。举例而言，若磁性元件320为电磁铁，通过控制通过磁性元件320的电流可调整磁场强度，从而控制磁热材料341以及342的磁热效应。值得注意的是，在一特殊状况下，通过应用上述电磁铁及/或超导磁铁，磁性元件以及磁热模块并不会相对移动，然而，磁热装置中的可变及可控制的磁场依旧存在。

因此，本发明实施例的优点在于可通过以具有不同磁热特性的材料来替换磁热模块及/或磁热材料，而能调整热交换器、与其相似装置或其余装置的操作温度。此外，通过配置该些磁热模块之间呈串联、并联或串联/并联成一组合而设置于磁热装置、与其相似装置或其余装置内，可定义前述特殊温度范围。前述装置可为热交换器、磁冷装置、磁热引擎、磁热产生器等。

图5为依照本发明另再一实施方式的一种磁热装置500示意图。磁热装置500包含外壳510，至少一磁性元件520，承载装置550以及辅助装置560。磁性元件520用以产生磁场(图5中未示)，举例而言，磁性元件520设置在外壳510内。值得注意的是，磁性元件520亦可设置于外壳510之外，因此本发明并不以图5所示为限。承载装置550可替换地置入外壳510，且承载装置550用以承载至少一磁热材料541，磁热材料541相应于其在磁场内的相对移动或由磁场所产生的磁通量范围而排除或累积热能，亦即，放热或吸热。辅助装置560用以辅助承载装置550以置入外壳510或由外壳510取出。辅助装置560选自于由滑轨、沟槽、榫头、定位器或及组合所组的群组。由于辅助装置560可用以辅助承载装置550于磁热装置500内进行相对移动，由此可知，承载装550亦可替换。在一实施例中，承载装置550中的磁热材料541亦可替换。

举例而言，承载装置550可为容器、抽取盒及其组合的其中至少一种。可依据特殊应用或特殊温度范围，通过替换承载装置550为另一具有不同磁热材料的承载装置而将磁热材料541进行更换。

在本发明的一实施例中，承载装置550包含多个穿透孔(例如：第一穿孔581以及第二穿孔582)，用以提供冷交换器及/或热交换器(图5中未示)作为一传热液流通渠道。举例而言，第一穿孔581设置于承载装置550的出口，用以传送传热液至外部装置(图5中未示)，而能消散、循环、交换或累积热能。传热液用以通过外部环境来执行热交换功能，随后传热液回归至第二穿孔582，此第二穿孔582设置于承载装置550的入口。接着，执行多个热交换循环以调整装置及/或外部环境的温度。

在本发明的另一实施例中，磁热装置500更包含控制单元570。控制单元570耦接于磁性元件520，以控制磁性元件520而改变环境状况，例如：磁场强度。控制单元570更具有温度感应器(图5中未示)，此温度感应器用感测传热液温度及/或环境温度。若环境温度高于预设温度，控制单元570控制磁性元件520减少磁场强度，以降低环境温度。反之，若环境温度低于前述预设温度，控制单元570控制磁性元件520增加磁场强度，以增加环境温度。因此，特殊温度范围可通过前述控制单元570的操作而得以控制。

图6为依照本发明再另一实施方式的一种磁热装置600示意图。如图6所示的磁热装置600相似于图5所示的磁热装置500。

将图6与图5进行比较，如图6所示的承载装置650用以承载第一磁热材料641以及第二磁热材料642，第一磁热材料641及第二磁热材料642之间可具有相同或不同的磁热特性。第一磁热材料641与第二磁热材料642之间可依据特殊应用或特殊温度范围，而配置成串联或并联的连接方式。图5与图6中的其余结构或相互关连为相同或相似，因此在此不作赘述。

总结而论，本发明实施例通过选择合适的磁热材料来提供一种简单、可替换的磁热模块，以于不同应用或不同区域或领域(例如：寒带以及热带区域)的环境下执行热交换功能，以达成最佳能源使用效率(例如：能量或热交换转换效率)。再者，通过替换磁热模块及/或磁热材料而能达成快速系统升级，或于元件毁损时，能够简易地进行元件替换。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种磁热装置，包含：

一外壳；

至少一磁性元件，用以产生一可变且可控制的磁场；

至少一磁热模块，可替换地置入该外壳，该磁热模块包含：

至少一磁热材料，相应于该可变且可控制的磁场而产生热量变化；

以及

一容器，用以容置该磁热材料；以及

一辅助装置，用以辅助该磁热模块对应于该磁性元件而做一相对移动，使得磁热模块能够置入该外壳或由该外壳取出；

其中，所述辅助装置设置于所述容器与外壳的内表面之间，所述磁热模块为多个，所述多个磁热模块之间为串联、并联或串联/并联成一组合而设置于该外壳内，所述多个磁热模块的磁热材料为相同或相异的。

2.如权利要求1所述的磁热装置，其中该磁性元件设置于该外壳内。

3.如权利要求1所述的磁热装置，其中该磁热材料可替换。

4.如权利要求1所述的磁热装置，其中该磁热材料具有一磁性转变温度。

5.如权利要求1所述的磁热装置，其中该磁性元件包含永久磁铁、电磁铁及超导磁铁的其中至少一种。

6.如权利要求5所述的磁热装置，其中该相对移动通过开启或关闭该电磁铁或该超导磁铁而产生。

7.一种磁热装置，包含：

一外壳；

至少一磁性元件，用以产生一可变磁场；

一承载装置，可替换地置入该外壳，用以承载至少一磁热材料，该磁热材料相应于该可变磁场而放热或吸热；以及

一辅助装置，用以辅助该承载装置对应于该磁性元件而做一相对移动，使得该磁热材料能够置入该外壳或由该外壳取出；

其中，所述辅助装置设置于所述承载装置与外壳的内表面之间，所述磁热模块为多个，所述多个磁热模块之间为串联、并联或串联/并联成一组合而设置于该外壳内，所述多个磁热模块的磁热材料为相同或相异的。

8.如权利要求7所述的磁热装置，其中该磁性元件设置于该外壳内。

9.如权利要求7所述的磁热装置，其中该磁热材料可替换。

10.如权利要求9所述的磁热装置，其中该辅助装置包含滑轨、沟槽、榫头、定位器及其组合的其中至少一种。

11.如权利要求7所述的磁热装置，其中该承载装置包含多个穿透孔，用以提供一冷交换器及/或一热交换器作为一传热液流通渠道。

12.如权利要求7所述的磁热装置，其中该磁热装置还包含：

一控制单元，其耦接并控制该磁性元件。