CN103090583B - 磁制冷装置及其磁热模块 - Google Patents
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Abstract
一种磁制冷装置及其磁热模块，磁制冷装置包括一磁热模块和一磁体单元，其中磁体单元往复地作用不同磁场予磁热模块。磁热模块包括一座体、一第一磁热材料、一第二磁热材料以及一隔热结构，第一、第二磁热材料设置于座体内，隔热结构设置于第一、第二磁热材料之间。一热传流体流经第一、第二磁热材料，借以将热量在磁热模块的低温端及高温端间传递。本发明的一种磁制冷装置及其磁热模块，在磁热模块内部设置有多个不同材质的磁热材料，其中借由在不同的磁热材料之间设置隔热结构，可有效避免不同的磁热材料之间产生热传导，可广泛地应用在各式磁制冷装置中。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁制冷装置，特别涉及一种具有不同磁热材料的磁制冷装置及其磁热模块。
背景技术
由于磁制冷装置(magneticcoolingdevice)不需要使用特定的冷媒和压缩机，相较于传统的冷冻空调设备而言不仅构造较为简单，同时也不会产生噪音污染。另一方面，磁制冷装置具备有低能源损耗以及维护成本便宜等优点，因此已逐渐成为冷冻空调技术领域中的一重要发展项目。
请参阅图1，在2006年所出版的国际期刊InternationalJournalofRefrigeration第29卷的第1327-1331页介绍了一种关于主动式磁制冷装置(activemagneticregeneration，AMR)的技术，在前述文献中主要是将Gd0.92Y0.08、Gd0.84Dy0.16、Gd0.87Dy0.13、Gd0.89Dy0.11等四种不同的磁热材料(magnetocaloricmaterials)依序沿着一座体的一冷端C至一热端H串联设置，其中由于每一种磁热材料的居里温度各不相同，因此通过将不同磁热材料串联设置，可增加系统的工作温度范围并降低制冷温度。
应了解的是，每一种磁热材料的居里温度通常即是其最佳的操作温度，然而当不同的磁热材料串联摆放在一起时，极易沿着磁热材料的串联方向(如图1所示的中心轴A方向)产生热传导，如此将造成温度梯度(temperaturegradient)被均匀化，进而导致磁制冷装置的整体效率下降。
发明内容
本发明的一实施例提供一种磁制冷装置，包括一磁热模块以及一磁体单元，前述磁热模块包括一座体、一第一磁热材料、一第二磁热材料以及一隔热结构。前述第一、第二磁热材料设置座体内，其中第二磁热材料的居里温度大于第一磁热材料的居里温度。前述隔热结构设置于第一、第二磁热材料之间，用以阻绝第一、第二磁热材料之间的热传导。前述磁体单元与磁热模块耦合，并且往复地作用不同磁场予第一、第二磁热材料，其中一热传流体流经第一、第二磁热材料，借以将热量在磁热模块的冷端及热端间传递。
于一实施例中，前述隔热结构具有一腔室，前述腔室为真空或充填入空气。
于一实施例中，前述隔热结构具有气凝胶。
于一实施例中，前述隔热结构具有聚甲醛。
于一实施例中，前述隔热结构具有特氟龙。
于一实施例中，前述隔热结构具有隔热棉。
于一实施例中，前述第一、第二磁热材料的其中至少一者含有钆或钆合金。
于一实施例中，前述第一、第二磁热材料的其中至少一者含有钇合金或镝合金。
于一实施例中，前述第一、第二磁热材料的其中至少一者含有锰合金或镧合金。
于一实施例中，前述第一、第二磁热材料沿磁热模块的一中心轴方向串联排列于座体内，且热传流体沿中心轴方向依序流经第一、第二磁热材料。
于一实施例中，前述磁体单元可相对磁热模块移动。
本发明的一实施例更提供一种磁热模块，设置于一磁制冷装置内部，其中前述磁制冷装置的一磁体单元往复地施加不同磁场予磁热模块，前述磁热模块包括一座体、一第一磁热材料、一第二磁热材料以及一隔热结构。前述第一、第二磁热材料设置座体内，其中第二磁热材料的居里温度大于第一磁热材料的居里温度。前述隔热结构设置于第一、第二磁热材料之间，用以阻绝第一、第二磁热材料之间的热传导，其中一热传流体流经第一、第二磁热材料，借以将热量由磁热模块的一冷端传送至一热端。
综上所述，本发明提供一种磁制冷装置及其磁热模块，在磁热模块内部设置有多个不同材质的磁热材料，其中借由在不同的磁热材料之间设置隔热结构，可有效避免不同的磁热材料之间产生热传导。可广泛地应用在各式磁制冷装置中。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。
附图说明
图1表示一现有磁热模块的示意图；
图2表示本发明一实施例的磁制冷装置及其磁热模块的示意图；以及
图3表示本发明另一实施例的磁热模块示意图。
其中，附图标记说明如下：
磁制冷装置100
磁热模块10
冷端101、C
热端102、H
座体11
隔热结构12、13
磁控单元20
腔室130
中心轴A
第一磁热材料M1
第二磁热材料M2
具体实施方式
请参阅图2，本发明一实施例的磁制冷装置100主要包括一磁热模块10以及一磁体单元20(例如磁铁或电磁铁)，前述磁体单元20设置在磁热模块10周围，并可往复地作用不同磁场予磁热模块10。如图2所示，前述磁热模块10主要包含有一座体11、一第一磁热材料M1、一第二磁热材料M2以及一隔热结构12，其中第一、第二磁热材料M1、M2设置于座体11内，隔热结构12则位于第一、第二磁热材料M1、M2之间。在本实施例中，介于第一、第二磁热材料M1、M2间的空隙可被隔热结构12填满，此外在隔热结构12内部另可形成有通孔或多孔隙结构，使得一热传流体可经由其内部通过。举例而言，前述隔热结构12可由隔热棉、气凝胶(Aerogel)、聚甲醛(POM)、特氟龙(Teflon)等隔热材料所制成，借以阻绝第一、第二磁热材料M1、M2之间的热传导。
当磁制冷装置100处于操作状态时，前述磁体单元20可相对磁热模块10往复地旋转或移动，借此可以一特定频率变换并作用不同磁场予第一、第二磁热材料M1、M2并改变其温度。需特别说明的是，本实施例中的第一、第二磁热材料M1、M2分别具有不同的居里温度，其中第二磁热材料M2的居里温度大于第一磁热材料M1的居里温度，如此一来可借由将第一、第二磁热材料M1、M2串联设置，以提升磁制冷装置100的工作温度范围并降低其制冷温度。如图2所示，热传流体可由磁热模块10左侧的冷端101进入磁热模块10，接着沿中心轴A方向流经第一、第二磁热材料M1、M2，然后再由磁热模块10右侧的热端102流出，其中通过热传流体可将热量由磁热模块10的冷端101传送至热端102，借以达到制冷的效果。
如前所述，本发明借由在第一、第二磁热材料M1、M2之间设置隔热结构12，可避免第一、第二磁热材料M1、M2因相互接触而延着中心轴A方向产生热传导，如此一来便能有效防止温度梯度被均匀化，进而可提升磁制冷装置100的整体效能。
接着请参阅图3，该图表示本发明另一实施例的磁热模块10示意图。如图3所示，本发明另一实施例的磁热模块10包含有一座体11、一第一磁热材料M1、一第二磁热材料M2以及一隔热结构13，前述隔热结构13大致呈中空结构并且设置在第一、第二磁热材料M1、M2之间。举例而言，前述隔热结构13可由隔热棉、气凝胶、聚甲醛、特氟龙或其他隔热材料所制成，此外在隔热结构13上可形成有网状或多孔隙结构以容许热传流体通过。需特别说明的是，在隔热结构13内部更形成有一腔室130，借此可在第一、第二磁热材料M1、M2之间形成阻隔，以避免两者之间产生热传导。
或者，前述隔热结构13亦可具有密闭的中空结构，其中位在隔热结构13内部的腔室130可为真空或可填入气体(例如空气)，如此一来同样可避免第一、第二磁热材料M1、M2之间产生热传导，同时能防止温度梯度被均匀化，进而可提升磁制冷装置100的整体效能。应了解的是，前述第一、第二磁热材料M1、M2可由钆、钆合金、钇合金、镝合金、锰合金、镧合金或其他磁热材料所制成。
综上所述，本发明提供一种磁制冷装置及其磁热模块，在磁热模块内部设置有多个不同材质的磁热材料，其中借由在不同的磁热材料之间设置隔热结构，可有效避免不同的磁热材料之间产生热传导。虽然设置隔热结构会略为增加磁热模块的体积，但整体而言其所产生出的温梯效果仍非常显著，故可广泛地应用在各式磁制冷装置中。
虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (22)
1.一种磁制冷装置，其特征在于，包括一磁热模块及一磁体单元；该磁热模块包括：
一座体；
一第一磁热材料，设置于该座体内；
一第二磁热材料，设置于该座体内，其中该第二磁热材料的居里温度大于该第一磁热材料的居里温度；以及
一隔热结构，设置于该第一磁热材料和该第二磁热材料之间，用以阻绝该第一磁热材料和该第二磁热材料之间的热传导；
该磁体单元与该磁热模块耦合，并且往复地旋转或移动以一特定频率变换并作用不同磁场予该第一磁热材料和该第二磁热材料，其中一热传流体流经该第一磁热材料和该第二磁热材料，借以将热量由该磁热模块的一冷端传送至一热端。
2.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该隔热结构具有一腔室，该腔室为真空或填入气体。
3.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该隔热结构具有气凝胶。
4.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该隔热结构具有聚甲醛。
5.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该隔热结构具有特氟龙。
6.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该隔热结构具有隔热棉。
7.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料的其中至少一者含有钆或钆合金。
8.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料的其中至少一者含有钇合金或镝合金。
9.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料的其中至少一者含有锰合金或镧合金。
10.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料沿该磁热模块的一中心轴方向串联排列于该座体内，且该热传流体沿该中心轴方向依序流经该第一磁热材料和该第二磁热材料。
11.如权利要求1所述的磁制冷装置，其中该磁体单元能够相对该磁热模块移动。
12.一种磁热模块，设置于一磁制冷装置内部，其中该磁制冷装置的一磁体单元往复地旋转或移动以一特定频率变换并施加不同磁场予该磁热模块，该磁热模块包括：
一座体；
一第一磁热材料，设置于该座体内；
一第二磁热材料，设置于该座体内，其中该第二磁热材料的居里温度大于该第一磁热材料的居里温度；以及
一隔热结构，设置于该第一磁热材料和该第二磁热材料之间，用以阻绝该第一磁热材料和该第二磁热材料之间的热传导，其中一热传流体流经该第一、第二磁热材料，借以将热量在该磁热模块的低温端及高温端间传送。
13.如权利要求12所述的磁热模块，其中该隔热结构具有一腔室，该腔室为真空或填入气体。
14.如权利要求12所述的磁热模块，其中该隔热结构具有气凝胶。
15.如权利要求12所述的磁热模块，其中该隔热结构具有聚甲醛。
16.如权利要求12所述的磁热模块，其中该隔热结构具有特氟龙。
17.如权利要求12所述的磁热模块，其中该隔热结构具有隔热棉。
18.如权利要求12所述的磁热模块，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料的其中至少一者含有钆或钆合金。
19.如权利要求12所述的磁热模块，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料的其中至少一者含有钇合金或镝合金。
20.如权利要求12所述的磁热模块，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料的其中至少一者含有锰合金或镧合金。
21.如权利要求12所述的磁热模块，其中该第一磁热材料和该第二磁热材料沿该磁热模块的一中心轴方向串联排列于该座体内，且该热传流体沿该中心轴方向依序流经该第一磁热材料和该第二磁热材料。
22.如权利要求12所述的磁热模块，其中该磁体单元能够相对该磁热模块移动。
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