CN105190200A - 用于磁冷却装置的转动式磁屏蔽系统 - Google Patents
用于磁冷却装置的转动式磁屏蔽系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105190200A CN105190200A CN201480025035.9A CN201480025035A CN105190200A CN 105190200 A CN105190200 A CN 105190200A CN 201480025035 A CN201480025035 A CN 201480025035A CN 105190200 A CN105190200 A CN 105190200A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- magneto
- caloric material
- screen
- caloric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 241
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 40
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 235000012149 noodles Nutrition 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 5
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000815 supermalloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QVYYOKWPCQYKEY-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co] Chemical compound [Fe].[Co] QVYYOKWPCQYKEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N iron silicon Chemical compound [Si].[Fe] XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 30
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 13
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 11
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 6
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001291 heusler alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003856 quaternary ammonium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910019353 CoMnSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003410 La0.7Ca0.3MnO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002180 La0.8Ca0.2MnO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 150000002697 manganese compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000011833 salt mixture Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
- F25B2321/0021—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with a static fixed magnet
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/002—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects
- F25B2321/0023—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects by using magneto-caloric effects with modulation, influencing or enhancing an existing magnetic field
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
磁热再生器装置，其包含：(A)至少一个磁热材料单元，其在操作期间具有较高温度热面和较低温度冷面，其中磁热材料单元包含至少一种磁热材料，(B)至少一个磁单元，其用于在包含在磁热材料单元中的磁热材料上产生磁场，(C)包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽，其中至少一个磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时，使包含在磁热材料单元中的磁热材料对磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料上。
Description
本发明涉及磁热再生器装置，其包含：
(A)至少一个磁热材料单元，其在操作期间具有较高温度热面和较低温度冷面，其中磁热材料单元包含至少一种磁热材料，
(B)至少一个磁单元，其用于在包含在磁热材料单元中的磁热材料上产生磁场，
(C)包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽，其中至少一个磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时，使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料上。
在显示出磁热效应的材料中，通过外部磁场排列随机排列的磁矩导致材料的加热。该排列也称为磁热相变，其在所谓的居里温度下进行。在磁热相变时出现的热可通过传热介质从磁热材料中排除到周围大气中。当磁场然后转换或除去时，磁矩恢复随机排列，这导致材料冷却至环境温度以下。该效应可用于热泵中或者用于冷却；还参见Nature，第415卷，2002年1月10日，第150-152页。通常，传热介质如水用于从磁热材料中除去热。磁冷却构成已知蒸气循环冷却方法的替选方案。
利用磁热效应冷却或者用于热泵的一个主要问题是作用于磁热材料上的磁场以及它在操作期间的变化。通常，磁场由永久磁体、电磁体或者在罕见情况下由超导磁体产生。操作磁热装置所需的磁场的变化通常通过磁场来源，例如永久磁体相对于固定磁热材料前后移动，或者反之亦然，通过磁热材料移入和从由固定磁体产生的磁场中移出而实现。因此，磁热材料施加变化的磁场并经历磁热相变。对于磁热装置的有效操作，磁场必须不仅一次，而是有规则地，例如以1Hz至10Hz的频率变化。
其中磁热材料移入并从磁场中移出的磁致冷机由Zimm，C.等人，InternationalJournalofRefrigeration29(2006)，第1302-1306页或者US2004/0093877A1描述。使用转动式磁体的磁致冷机的实例可在Okamura，T.等人，InternationalJournalofRefrigeration29(2006)，第1337-1331页中找到。
磁场生成器和磁热材料是相当重的，因此需要大量能以使磁场生成器或磁热材料移动。磁场生成器和磁热材料是磁热装置的有价值组件，其应在操作期间谨慎地处理以容许装置的长寿命。在磁热材料移动的情况下，连接用于热交换介质的流体管显示出难以建立的明显问题。
US7,897,898B2描述了热生成器，其包含至少一种磁热材料、用于产生作用于磁热材料上的磁场的至少一个磁元件和用于改变至少一种磁热材料接收的磁场的至少一个磁性调制装置，其中磁性调制装置可提高磁场或者可降低磁场。磁性调制装置可置于活动位置与非活动位置之间。在活动位置上，磁性调制装置接近磁热材料，在非活动位置上，它们远离磁热材料且对磁热材料不具有影响。所述磁性调制装置是C型或U型复杂结构。
US5,156,003涉及磁致冷机，其包含磁体、磁性工作材料、管型超导磁屏蔽和用于使超导磁屏蔽往复移动的装置。磁性工作材料置于由磁体产生的磁场内并磁化。将超导管型磁屏蔽引入磁场中，由此将磁性工作材料容纳在超导磁屏蔽的中空部分中并使磁性工作材料与磁场绝缘，从而导致磁性工作材料消磁。
通过改变作用于磁热材料的磁场而利用磁热效应的装置仍是非常复杂的实体。一般而言，整个系统的简化对容许更便宜且更简单地构造磁热装置而言是理想的。
这些目的通过本发明磁热再生器装置实现，其包含：
(A)至少一个磁热材料单元，其在操作中具有较高温度热面和较低温度冷面，其中磁热材料单元包含至少一种磁热材料，
(B)至少一个磁单元，其用于在包含在磁热材料单元中的磁热材料上产生磁场，
(C)包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽，其中至少一个磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时，使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料上。
该目的进一步通过操作包含至少一种磁热材料的磁热装置的方法实现，其中用于利用磁热效应的变化磁场由包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽至少两个不同位置之间移动而产生，由此当磁屏蔽在第一位置上时使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场作用于磁热材料上。它们进一步通过包含本发明磁热再生器装置的制冷系统、气候控制装置和热泵实现。
本发明磁热再生器装置构成磁热系统的简化，同时可建立更便宜且更紧凑的系统。可实现与包含转动式磁体或磁热材料或者重且复杂的磁屏蔽的系统相比更高的转动频率。包含简化磁屏蔽的本发明磁热再生器可导致可能更快冷却的冷却系统。需要较少的电能驱动磁冷却循环，因为根据本发明使用的磁屏蔽比磁体或磁热材料或者具有磁热材料的床轻得多。这是特别重要的，因为磁热装置通常包含多于一种磁热材料以覆盖较宽的温度跨度，即通常磁热装置包含多种不同磁热材料，从而导致较大且较重的装置。由于较小且较容易旋转的机器，可使系统尺寸缩小。整个装置的寿命提高，因为关键且容易损害的组分如磁热材料或者具有磁热材料的床或复杂的磁屏蔽不移动。由于磁场的简化变化，本发明磁再生器打开用包含转动式磁体或磁热材料或者磁热材料床的系统不能得到的大量结构的可能性。
在下文中详细解释本发明。
本发明磁热再生器装置包含至少一个磁热材料单元(A)，也称为“磁热单元”。在操作期间，该单元具有较高温度热面(“热面”)和较低温度冷面(“冷面”)并且包含至少一种磁热材料。优选，磁热材料单元包含至少2至100种具有不同居里温度的不同磁热材料。磁热材料的数目由实际需要和设备特征支配。较大数目的不同磁热材料可采用较宽的温度范围。更优选，用于本发明磁热再生器装置中的磁热材料单元包含至少3至100，甚至更优选至少5至100，特别是至少10至100种具有不同居里温度的不同磁热材料。具有不同居里温度的不同磁热材料的该配置在下文中也称为磁热级联。
具有不同居里温度的不同磁热材料通过居里温度减小而连续布置，即具有最高居里温度的磁热材料置于磁热材料单元的一端，具有第二最高居里温度的磁热材料相邻地布置，等等，具有最低居里温度的磁热材料置于磁热材料单元的相对端上。其中具有最高居里温度的磁热材料位于的磁热材料单元端对应于磁热材料单元的热面，具有最低居里温度的磁热材料位于的磁热材料单元端对应于磁热材料单元的冷面。优选具有不同居里温度的两种相邻磁热材料的居里温度差为0.5-6K，更优选0.5-4K，特别优选0.5-2.5K。
具有最高居里温度的材料与具有最低居里温度的材料之间的总居里温度差优选为3-80K，更优选8-80K。例如，与级联中任何两种相邻材料之间具有2K的居里温度差的5种不同材料组合，可产生8K的温度范围。使用具有不同居里温度的多种材料使得可实现比使用单一磁热材料可能的明显更大的温度范围。
磁热材料可显示出在磁相变时的热滞后。根据本发明，优选使用具有低热滞后，例如小于5K，更优选小于3K，尤其优选小于2K的磁热材料。
本发明磁热再生器装置可包含可以为相同或不同的一种、两种或更多种磁热材料单元(A)。通常，磁热再生器装置包含可以为相同或不同的不多于10种磁热材料单元。
至少一个磁热材料单元(A)在磁热单元的冷面上与换热器并在磁热单元的热面与换热器连接。为此，传热介质可由在磁热单元的热面上的换热器泵送通过磁热单元至在磁热单元的冷面上的换热器中，反之亦然。泵送频率调整到磁场的变化频率。当磁场作用于磁热材料时，传热介质由冷面泵送通过磁热单元至热面，由此将由磁热材料的磁化产生的热传送到在磁热单元的热面上的换热器。当除去磁场时，传热介质由热面泵送通过磁热单元至磁热单元的冷面，由此将热释放到由于消磁而具有较低温度的磁热材料。合适的传热介质描述于下文中。
本发明磁热再生器装置进一步包含至少一个磁单元(B)以在包含在磁热材料单元中的磁热材料上产生磁场。用于产生磁场的工具可选自永久磁体、超导磁体和电磁体，优选永久磁体。这类工具是本领域技术人员已知的。优选由磁单元产生的磁场为0.5-2.5T。
磁单元(B)可包含一种、两种或更多种用于产生磁场的工具，且本发明磁热再生器装置可包含一种、两种或更多种这类磁单元(B)。布置至少一个磁单元使得当不将磁屏蔽置于磁热再生器装置内时，它在包含在磁热材料单元中的至少一部分磁热材料上产生磁场。取决于各个实施方案，一个磁单元在一个完整磁热材料单元上或者在两个或更多个磁热材料单元上产生磁场。也可使用几个磁单元，其中各个磁单元产生用于一部分磁热材料单元的磁场。此外，可使用几个磁单元和几个磁热材料单元。
本发明磁热再生器装置进一步包含含有至少一个窗口的至少一个磁屏蔽(C)，所述磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时，使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料。
如本文所用术语“窗口”意指不含磁屏蔽材料但完全被磁屏蔽材料围绕的区域。如果磁屏蔽在第二位置上，则由磁单元产生的磁场通过该不含磁屏蔽材料的区域作用于磁热材料。由于窗口完全被磁屏蔽材料围绕，磁力线能够流过周围的磁屏蔽材料并且不出现磁力线的不连续性，其独立于屏蔽的位置。从第一位置至第二位置的移动不干扰磁力线或者至少小于从磁场中完全除去磁屏蔽，因此要求较少的能量。此外，该结构导致磁屏蔽的高机械稳定性。窗口可具有任何合适的形状如矩形、球形或椭圆形。
术语“第一位置”和“第二位置”意欲指与多个可能位置不同的两种位置。称为“第一位置”的位置为磁屏蔽的工作位置，其中磁屏蔽使包含在磁热材料单元中的磁热材料或者其至少一部分与磁场绝缘。在该工作位置上，磁热材料消磁并经历相变，导致磁热材料温度降低。如稍后在对本发明不同实施方案的详细描述中所见，磁屏蔽可在多于一个工作位置上进行，在那里，它能够使包含在磁热材料单元中的磁热材料或者其至少一部分与磁场绝缘，产生磁热材料的消磁，这导致磁热相变和磁热材料的温度降低。特征是磁热材料消磁，从而产生磁热相变的所有工作位置包括在术语“第一位置”内。
称为“第二位置”的位置为磁屏蔽的工作位置，其中布置屏蔽使得由磁单元产生的磁场作用于包含在至少一个磁热材料单元中的磁热材料或其至少一部分，从而产生磁热材料的磁化，这导致磁热相变和磁热材料中的温度提高。如稍后在对本发明不同实施方案的详细描述中所见，磁屏蔽可在多于一个位置上进行，其中由磁单元产生的磁场由磁场作用于包含在磁热材料单元中的磁热材料或其至少一部分，从而产生磁热材料的磁化，导致磁热相变和磁热材料的温度提高。特征是磁热材料磁化，从而产生磁热相变并提高磁热材料中温度的所有工作位置包括在术语“第二位置”内。
根据本发明一个优选实施方案，磁屏蔽使由磁单元产生的磁场降低至少90％，更优选降低至少95％，特别是降低至少99％。
优选，磁屏蔽包含至少一种选自如下的软磁材料：纯铁；铁-硅合金；铁-钴合金；包含镍和至少一种选自铁、铜、钴、钼、铬和锰的元素的镍合金，如坡莫合金、镍钼铁锰合金、M1040和导磁合金；非晶态镍-铁基合金和非晶态钴基合金。这类磁性材料显示出高磁导率。关于这些材料的详细描述可在W.Ervens和H.Wilmesmeier，Section5of“MagneticMaterials”inUllmann’sEncyclopediaofIndustrialChemistry，第122卷，第106-124页，Wiley-VCHVerlag，Weinheim，2012(DOI：10.1002/14356007.16_001)中。坡莫合金、镍钼铁锰合金、M1040和导磁合金为尤其好地适用作磁屏蔽用材料的镍基合金。这些合金详细地描述于上文引用的参考文件的第5.1.2.1部分(第114-116页)中。
用于本发明磁热再生器装置中的磁屏蔽可包含一种或多种软磁材料。在本发明一个实施方案中，磁屏蔽包含至少一个第一软磁材料层和至少一个第二软磁材料层，所述第二软磁材料在比第一软磁材料更高的磁场值下实现饱和度。这具有甚至在高磁场下通过磁屏蔽使磁热材料有效地与磁场绝缘的优点。至少一个第一软磁材料层为导磁合金且在比第一软磁材料更高的磁场值下实现饱和度的至少一个第二软磁材料层为铁。
磁屏蔽的运动可以为旋转、横向或绕轴旋转。根据本发明一个实施方案，磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽横向运动。根据本发明另一实施方案，磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽旋转运动。旋转运动优选意指围绕磁屏蔽的旋转轴运动，因为这容许存在的力非常均匀的分布。磁屏蔽的运动可以为连续或逐步的。
磁屏蔽可以为任何合适的形状，例如它可以为薄片、平板或圆盘、曲片、板或圆盘的形式，或者可以为中空体如中空圆柱体或中空立方体。
优选，磁屏蔽基本具有中空体的形式，特别是磁屏蔽具有中空体的形式。如本文所用“中空体”包括具有和不具有开放末端的中空体，如具有开放或封闭末端的中空立方体或中空圆柱体。更优选，磁屏蔽具有中空圆柱体，特别是具有开放末端的中空圆柱体。中空圆柱体可具有球形或椭圆形基底面积。
根据本发明一个优选实施方案，磁屏蔽包含至少两个窗口，当磁屏蔽在第二位置上时，由磁单元产生的磁场通过所述窗口作用于磁热材料。如果磁屏蔽为中空体的形式，则优选至少两个窗口在磁屏蔽的相对面上，更优选至少两个窗口位于中空体的侧面区域中。甚至更优选磁屏蔽包含2n个这类窗口，其中n为至少1的自然整数，其中每对窗口置于磁屏蔽的相对面上，特别是每对窗口置于磁屏蔽的侧面区域的相对面上。尤其优选磁屏蔽具有在中空圆柱体的侧面区域中的相对面上具有至少两个窗口的中空圆柱体的形式；其中磁热材料置于中空圆柱体内；且其中磁屏蔽与磁热材料一起置于由磁单元产生的磁场内。中空圆柱体的基底面可以为球形或椭圆形。特别地，磁屏蔽包含在中空圆柱体的侧面区域中的2n个窗口，其中n为自然整数，其中每对窗口置于磁屏蔽的相对面上。本发明该实施方案的实例显示于图1a-c中。
图1a-c显示包含磁单元的本发明磁热再生器装置，所述磁单元具有正极(11a)和负极(11b)。为具有球形基底面的中空圆柱体的形式且包含在中空圆柱体的侧面区域中的相对面上的2个矩形窗口(13a)和(13b)的磁屏蔽(13)相对于由磁极产生的磁场垂直布置。包含7种不同磁热材料(1)-(7)的磁热单元(12)置于中空圆柱体(13)形式的磁屏蔽内。不同的磁热材料(1)-(7)与由两个磁极(11a)和(11b)产生的磁力线垂直布置。在该具体实施方案中，磁热材料置于磁屏蔽的旋转轴处。
图1a显示该实施方案的顶视图。图1b显示本发明磁热再生器装置的侧视图，其中磁屏蔽在第一位置上，即包含在磁热单元(12)中的7种不同磁热材料(1)-(7)通过磁屏蔽(13)与磁场绝缘。图1c显示本发明磁热再生器装置的侧视图，其中磁屏蔽在第二位置上，即在磁极(11a)与(11b)之间产生的磁场通过磁屏蔽(13)中的两个窗口(13a)和(13b)作用于包含在磁热单元(12)中的磁热材料(1)-(7)上。在本发明的该实施方案中，磁热屏蔽可采取两个第一位置和两个第二位置，这通过磁屏蔽(13)围绕磁屏蔽的旋转轴约90°连续旋转而获得。该实施方案为尤其简单的结构，其具有这一优点：由于窗口的固定位置，不会出现由于发散旋转运动导致的问题。另一优点是磁场的高变动频率通过在磁屏蔽具有2个或更多窗口时旋转磁屏蔽的并行低角频率实现，因为每个圈的磁场变动数目随着窗口的数目提高。
根据本发明磁热再生器装置的另一实施方案，磁热再生器装置包含两个磁屏蔽，所述磁屏蔽基本具有不同半径的中空圆柱体的形式，且各个中空圆柱体具有在中空圆柱体的侧面区域中的至少一个窗口；其中两个中空圆柱体一个在另一个内地平行布置，磁单元的一个磁极置于具有较小半径的中空圆柱体内，磁单元的另一磁极置于具有较大半径的中空圆柱体外部；且其中磁热材料置于两个中空圆柱体之间的空间内。包含具有一个窗口的2个磁屏蔽的该实施方案的一个实例显示于图2a和b中，包含具有三个窗口的2个磁屏蔽的该实施方案的一个实例显示于图3a和b中。
图2a和3a显示上述本发明实施方案的两个实例的顶视图。提供两个在具有不同半径的中空圆柱体的侧面区域中具有一个(图2a)或3个矩形窗口(图3a)的中空圆柱体形式的磁屏蔽，具有较小半径的中空圆柱体(24)平行置于具有较大半径的中空圆柱体(23)内。磁单元的两个磁极(21a、21b)这样布置使得第一磁极(21a)置于具有较小半径的中空圆柱体(24)内，且磁体的第二磁极(21b)置于具有较大半径的中空圆柱体(23)外部。磁热单元(12a)(图2a)或者3个磁热材料单元(12a)、(12b)和(12c)(图3a)分别置于两个中空圆柱体(23)与(24)之间的空间内。各个磁热单元(12a)、(12b)和(12c)包含具有不同居里温度的7种不同磁热材料(1)-(7)。中空圆柱体(23)和(24)相对于由2个磁极(21a)和(21b)产生的磁力线垂直布置。
图2b和3b各自显示本发明磁热再生器装置的侧视图，其中磁屏蔽在第二位置上而不显示出磁极。根据图2b所示实例，在磁极(21a)与(21b)之间产生的磁场通过窗口(23a)和(24a)作用于包含在磁热单元(12a)中的磁热材料(1)-(7)。在该实例中，仅存在一个第一位置。根据图3b所示实例，磁场通过磁屏蔽(23)和(24)中的6个窗口作用于包含在磁热单元(12a)、(12b)和(12c)中的磁热材料(1)-(7)，其中仅显示外部中空圆柱体的3个窗口(23a)、(23b)和(23c)。在本发明这一实例中，磁热屏蔽可采取3个第一位置和3个第二位置，其通过在每60°旋转以后使磁屏蔽(23)和(24)围绕磁屏蔽的旋转轴连续并行旋转而交替得到。
本发明这一实施方案具有这一优点：多于一个磁热材料配置，即多于一个磁热单元可置于一个磁单元内，导致磁单元的更好利用。
根据本发明这一实施方案，两个磁屏蔽优选以相同的角频率移动以确保各个屏蔽同时分别在第一位置和第二位置上。
在图1b、2b和3b中，也显示磁屏蔽旋转运动的旋转轴。
在本发明所有实施方案中，至少一个窗口的面积优选大于当磁屏蔽在第二位置上时包含在磁热材料单元内的磁热材料采取的面积，且它沿着由磁单元产生的作用于磁热材料的磁场的磁力线显示。窗口的该形状具有这一优点：磁力线不被磁屏蔽干扰或绕过，使得磁热材料完全且均匀地暴露于磁场下。
关于磁热再生器装置的性能的重要特征是从磁热材料单元以及向磁热材料单元的热传递。热传递优选通过穿过磁热材料单元的传热介质进行。
可根据需要选择包含在磁热材料单元中的各不同磁热材料的三维形式。它们可以为磁热材料颗粒的填充床。作为选择，它们可以为具有连续通道的堆积式板或成型体，热交换介质可流过所述通道。合适的几何描述于下文中。
包含磁热材料颗粒的填充床为容许磁热材料单元的最佳操作的非常有效的材料几何。各材料颗粒可具有任何所需形式。材料颗粒优选为球形形式、团粒形式、薄片形式或圆柱体形式。材料颗粒更优选为球形形式。材料颗粒，尤其是球的直径为50μm至1mm，更优选200-400μm。材料颗粒，尤其是球可具有一定粒度分布。填充床的孔隙率优选为30-45％，更优选36-40％。粒度分布优选为窄的，使得主要存在一个尺寸的球。直径优选与平均直径相差不多于20％，更优选不多于10％，尤其是不多于5％。
用作磁热单元中的填充床的材料颗粒，尤其是具有以上尺寸的球赋予固体与用作换热器流体的流体之间的高热传递系数，其中压降为小至低的。这容许改进的填充床性能系数(COP)。高热传递系数容许填充床以比常规更高的频率操作，因此容许较大的能量提取。
对于特定操作条件，填充床的性能可通过使用具有不同直径的材料颗粒，尤其是球最佳化。较低的直径，尤其是球直径导致较高的热传递系数，因此容许较好的热交换。然而，这与整个填充床上较高的压降有关。相反，使用较大的材料颗粒，尤其是球，导致较慢的热传递，但导致较低的压降。
磁热材料的填充床的移动阻力可通过任何合适的措施实现。例如，磁热材料的填充床存在于其中的容器可在所有面上是关闭的。这可例如使用网状笼进行。另外，各材料颗粒可例如通过将填充床中的材料颗粒表面熔融或者通过将材料颗粒在填充床中彼此烧结而相互结合。应进行表面熔融或烧结使得非常实质性地保持材料颗粒之间的空隙。
由磁热材料颗粒形成薄片、圆柱体、团粒或球形形式或者类似形式的填充床是有利的，因为用其实现大的表面与质量之比。这实现与较低压降结合的改进热传递速率。
磁热材料也可作为成型体存在。成型体可以为磁热材料的块，每种情况下，块的两个相对端面具有流体的入口和出口，其通过运行通过整个整体的连续通道连接。连续通道容许液体传热介质流过，例如水、水/醇混合物、水/盐混合物或者气体如空气或稀有气体。优选使用水或水/醇混合物、在这种情况下，醇可以为单醇或多元醇。例如，醇可以为二醇。
如果磁热材料以成型体的形式存在，则成型体优选具有连续通道，其中各通道的横截面面积为0.001-0.2mm2，且壁厚度为50-300μm，孔隙率为10-60％，且表面与体积的比为3000-50000m2/m3。
作为选择，磁热材料单元可包含或者由不同磁热材料的多个平行片形成，其中片厚度为0.1-2mm，优选0.5-1mm，且板间隔(空隙)为0.01-1mm，优选0.05-0.2mm。片的数目可以为例如5-100，优选10-50。
成型体例如由磁热材料的挤出、注射模塑或模塑产生。
各材料的床或者各材料的板堆叠或成型体通过将它们直接相互结合或者将它们一个在另一个上堆叠结合以得到磁热材料单元，或者通过中间热和/或电绝缘体将它们相互分离。
包含在磁热材料单元中的具有不同居里温度的不同磁热材料可选择任何合适的磁热材料。同时，多种可能的磁热材料及其制备是本领域技术人员已知的。
磁热级联可通过一种方法制备，所述方法包括使特定磁热材料的粉末经受成型以形成磁热材料，随后将磁热材料包裹以形成磁热级联。
用于本发明磁热再生器装置中的优选磁热材料选自：
(1)通式(I)的化合物：
(AyB1-y)2+dCwDxEz(I)
其中：
A为Mn或Co，
B为Fe、Cr或Ni，
C、D和E：C、D和E中的至少两个是不同的，具有非零浓度，且选自P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As和Sb，其中C、D和E中的至少一个为Ge、As或Si，
d为-0.1至0.1的数，
w、x、y、z为0-1的数，其中w+x+z＝1；
(2)通式(II)和/或(III)和/或(IV)的La-和Fe-基化合物：
La(FexAl1-x)13Hy或
La(FexSi1-x)13Hy(II)
其中
x为0.7-0.95的数，
y为0-3，优选0-2的数，
La(FexAlyCoz)13或La(FexSiyCoz)13(III)
其中：
x为0.7-0.95的数，
y为0.05至1–x的数，
z为0.005-0.5的数；和
LaMnxFe2-xGe(IV)
其中：
x为1.7-1.95的数；
(3)MnTtTp型的Heusler合金，其中Tt为过渡金属，且Tp为具有7-8.5的电子数/原子e/a的p-掺杂金属；
(4)通式(V)的Gd-和Si-基化合物：
Gd5(SixGe1-x)4(V)
其中x为0.2-1的数；
(5)Fe2P-基化合物；
(6)钙钛矿型水锰矿；
(7)包含稀土元素且具有通式(VI)和(VII)的化合物：
Tb5(Si4-xGex)(VI)
其中x为0、1、2、3、4；
XTiGe(VII)
其中X为Dy、Ho、Tm；和
(8)通式(VIII)、(IX)、(X)和(XI)的Mn-和Sb-或As-基化合物：
Mn2-xZxSb(VIII)
Mn2ZxSb1-x(IX)
其中：
Z为Cr、Cu、Zn、Co、V、As、Ge，
x为0.01-0.5，
Mn2-xZxAs(X)，和
Mn2ZxAs1-x(XI)
其中：
Z为Cr、Cu、Zn、Co、V、Sb、Ge，
x为0.01-0.5。
根据本发明发现上述磁热材料可有利地用于本发明磁热再生器中。
根据本发明特别优选选自化合物(1)、(2)和(3)以及(5)的金属基材料。
根据本发明特别合适的材料描述于例如WO2004/068512A1，RareMetals，第25卷，2006，第544-549页，J.Appl.Phys.99,08Q107(2006)，Nature，第415卷，2002年1月10日，第150-152页，和PhysicaB327(2003)，第431-437页中。
通式(I)的磁热材料描述于WO2004/068512A1和WO2003/012801A1中。优选选自至少通式(I)季铵化合物的磁热材料，其中C、D和E优选是相同或不同的，且选自P、As、Ge、Si、Sn和Ga中的至少一种。更优选选自至少通式(I)季铵化合物的磁热材料，其除Mn、Fe、P和任选Sb外，还包含Ge或Si或As或者Ge和Si或者Ge和As或者Si和As，或者Ge、Si和As中的每一个。材料优选具有通式MnFe(PwGexSiz)，其中x优选为0.3-0.7的数，w为小于或等于1-x，且z对应于1-x-w。材料优选具有结晶六角形Fe2P结构。合适材料的实例为MnFeP0.45-0.7、Ge0.55-0.30和MnFeP0.5-0.70(Si/Ge)0.5-0.30。(Si/Ge)意指可存在Si和Ge中的仅一种或两种。
还优选至少90重量％，更优选至少95重量％的组分A为Mn。更优选至少90重量％，更优选至少95重量％的B为Fe。优选，至少90重量％，更优选至少95重量％的C为P。优选，至少90重量％，更优选至少95重量％的D为Ge。优选，至少90重量％，更优选至少95重量％的E为Si。
合适的化合物还有Mn1+xFe1-xP1-yGey，其中x为-0.3至0.5，y为0.1-0.6。合适的还有通式Mn1+xFe1-xP1-yGey-zSbz的化合物，其中x为-0.3至0.5，y为0.1-0.6，且z为小于y且小于0.2。合适的还有式Mn1+xFe1-xP1-yGey-zSiz的化合物，其中x为0.3-0.5，y为0.1-0.66，z为小于或等于y且小于0.6。
尤其有用的显示出磁相变的小热滞后的通式(I)磁热材料描述于WO2011/111004和WO2011/083446中，其具有通式：
(MnxFe1-x)2+zP1–ySiy
其中：
0.20≤x≤0.40
0.4≤y≤0.8
-0.1≤z≤0.1
或者
0.55≤x<1
0.4≤y≤0.8
-0.1≤z≤0.1。
合适的Fe2P-基化合物源自Fe2P和FeAs2，并得到任选Mn和P。它们例如对应于通式MnFe1-xCoxGe，其中x＝0.7-0.9，Mn5-xFexSi3，其中x＝0-5，Mn5Ge3-xSix，其中x＝0.1-2，Mn5Ge3-xSbx，其中x＝0-0.3，Mn2-xFexGe2，其中x＝0.1-0.2，Mn3-xCoxGaC，其中x＝0-0.05。磁热Fe2P-基化合物的描述可在E.Brueck等人，J.AlloysandCompounds282(2004)，第32-36页中找到。
优选的通式(II)和/或(III)和/或(IV)的La-和Fe-基化合物为La(Fe0.90Si0.10)13、La(Fe0.89Si0.11)13、La(Fe0.880Si0.120)13、La(Fe0.877Si0.123)13、LaFe11.8Si1.2、La(Fe0.88Si0.12)13H0.5、La(Fe0.88Si0.12)13H1.0、LaFe11.7Si1.3H1.1、LaFe11.57Si1.43H1.3、La(Fe0.88Si0.12)H1.5、LaFe11.2Co0.7Si1.1、LaFe11.5Al1.5C0.1、LaFe11.5Al1.5C0.2、LaFe11.5Al1.5C0.4、LaFe11.5Al1.5Co0.5、La(Fe0.94Co0.06)11.83Al1.17、La(Fe0.92Co0.08)11.83Al1.17。
合适的含锰化合物为MnFeGe、MnFe0.9Co0.1Ge、MnFe0.8Co0.2Ge、MnFe0.7Co0.3Ge、MnFe0.6Co0.4Ge、MnFe0.5Co0.5Ge、MnFe0.4Co0.6Ge、MnFe0.3Co0.7Ge、MnFe0.2Co0.8Ge、MnFe0.15Co0.85Ge、MnFe0.1Co0.9Ge、MnCoGe、Mn5Ge2.5Si0.5、Mn5Ge2Si、Mn5Ge1.5Si1.5、Mn5GeSi2、Mn5Ge3、Mn5Ge2.9Sb0.1、Mn5Ge2.8Sb0.2、Mn5Ge2.7Sb0.3、LaMn1.9Fe0.1Ge、LaMn1.85Fe0.15Ge、LaMn1.8Fe0.2Ge、(Fe0.9Mn0.1)3C、(Fe0.8Mn0.2)3C、(Fe0.7Mn0.3)3C、Mn3GaC、MnAs、(Mn,Fe)As、Mn1+δAs0.8Sb0.2、MnAs0.75Sb0.25、Mn1.1As0.75Sb0.25、Mn1.5As0.75Sb0.25。
根据本发明合适的Heusler合金为例如Ni2MnGa，Fe2MnSi1-xGex，其中x＝0-1，例如Fe2MnSi0.5Ge0.5、Ni52.9Mn22.4Ga24.7、Ni50.9Mn24.7Ga24.4、Ni55.2Mn18.6Ga26.2、Ni51.6Mn24.7Ga23.8、Ni52.7Mn23.9Ga23.4、CoMnSb、CoNb0.2Mn0.8Sb、CoNb0.4Mn0.6SB、CoNb0.6Mn0.4Sb、Ni50Mn35Sn15、Ni50Mn37Sn13、MnFeP0.45As0.55、MnFeP0.47As0.53、Mn1.1Fe0.9P0.47As0.53，MnFeP0.89-χSiχGe0.11，χ＝0.22、χ＝0.26、χ＝0.30、χ＝0.33。
合适的还有Fe90Zr10、Fe82Mn8Zr10、Co66Nb9Cu1Si12B12、Pd40Ni22.5Fe17.5P20、FeMoSiBCuNb、Gd70Fe30、GdNiAl、NdFe12B6GdMn2。
钙钛矿型的水锰矿为例如La0.6Ca0.4MnO3、La0.67Ca0.33MnO3、La0.8Ca0.2MnO3、La0.7Ca0.3MnO3、La0.958Li0.025Ti0.1Mn0.9O3、La0.65Ca0.35Ti0.1Mn0.9O3、La0.799Na0.199MnO2.97、La0.88Na0.099Mn0.977O3、La0.877K0.096Mn0.974O3、La0.65Sr0.35Mn0.95Cn0.05O3、La0.7Nd0.1Na0.2MnO3、La0.5Ca0.3Sr0.2MnO3。
MnTtTp型Heusler合金描述于例如Krenke等人，PhysicalreviewB72，014412(2005)中，其中Tt为过渡金属且Tp为具有7-8.5的电子数/原子e/a的p-掺杂金属。
通式(V)的Gd-和Si-基化合物：
Gd5(SixGe1-x)4
其中x为0.2-1的数，
为例如Gd5(Si0.5Ge0.5)4、Gd5(Si0.425Ge0.575)4、Gd5(Si0.45Ge0.55)4、Gd5(Si0.365Ge0.635)4、Gd5(Si0.3Ge0.7)4、Gd5(Si0.25Ge0.75)4。
包含稀土元素的化合物为Tb5(Si4-xGex)，其中x＝0、1、2、3、4，或者XTiGe，其中X＝Dy、Ho、Tm，例如Tb5Si4、Tb5(Si3Ge)、Tb(Si2Ge2)、Tb5Ge4、DyTiGe、HoTiGe、TmTiGe。
通式(VIII)-(XI)的Mn-和Sb-或As-基化合物优选具有z＝0.05-0.3，Z＝Cr、Cu、Ge、Co的定义。
根据本发明使用的磁热材料可以以任何合适的方式制备。
磁热材料例如通过将用于材料的起始元素或起始合金在球磨机中固相反应，随后挤压，烧结并在惰性气体气氛下热处理，随后缓慢冷却至室温而生产。该方法描述于例如J.Appl.Phys.99，2006，08Q107中。
借助熔纺加工也是可能的。这使得更均匀的元素分布是可能的，这导致改进的磁热反应；参见RareMetals，第25卷，2006年10月，第544-549页。在其中所述的方法中，首先将起始元素在氩气气氛中感应熔融，然后以熔融状态通过喷嘴喷雾到旋转铜辊上。其后在1000℃下烧结，并缓慢冷却至室温。
另外，关于生产，可参考WO2004/068512A1。然而，通过这些方法得到的材料通常显示出高热滞后。例如，在被锗或硅取代的Fe2P型化合物中，在10K或更大的宽范围内观察到大的热滞后值。
当在烧结和/或热处理以后不将金属基材料缓慢冷却至环境温度下，而是以高冷却速率骤冷时，热滞后可明显降低，并且可实现大的磁热效应。该冷却速率为至少100K/s。冷却速率优选为100-10000K/s，更优选200-1300K/s。尤其优选的冷却速率为300-1000K/s。
骤冷可通过任何合适的冷却方法，例如通过将固体用水或含水液体，例如冷却水或冰/水混合物骤冷而实现。可例如使固体落入冰冷水中。也可将固体用过冷气体如液态氮骤冷。其它骤冷方法是本领域技术人员已知的。此处有利的是控制和快速冷却。
磁热材料生产的其余部分为较不关键的，条件是最后的步骤包括将烧结和/或热处理固体以本发明冷却速率骤冷。
本发明另一方面涉及如上所述包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽在通过用于利用磁热效应的变化磁场，通过使至少一个磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘并且当磁屏蔽在第二位置上时使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料而操作包含至少一种磁热材料的磁热装置中的用途。
本发明另一方面为操作包含至少一种磁热材料的磁热装置的方法，其中用于利用磁热效应的变化磁场通过使如上所述包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘并且当磁屏蔽在第二位置上时使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料而产生。
本发明磁热再生器优选用于制冷系统如电冰箱、冷冻机和冷酒器、包含空气调节的气候控制装置和热泵中。因此，本发明提供包含如上所述本发明磁热再生器装置的制冷系统如电冰箱、冷冻机和冷酒器、包含空气调节的气候控制装置和热泵。
Claims (14)
1.磁热再生器装置，其包含：
(A)至少一个磁热材料单元，其在操作期间具有较高温度热面和较低温度冷面，其中磁热材料单元包含至少一种磁热材料，
(B)至少一个磁单元，其用于在包含在磁热材料单元中的磁热材料上产生磁场，
(C)包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽，其中至少一个磁屏蔽灵活地安装以容许磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动，由此当磁屏蔽在第一位置上时，使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料上。
2.根据权利要求1的磁热再生器装置，其中至少一个磁热材料单元包含至少2至100种具有不同居里温度的不同磁热材料，其通过居里温度减小而连续布置。
3.根据权利要求2的磁热再生器装置，其中相邻磁热材料的居里温度的差为0.5-6°K。
4.根据权利要求1-3中任一项的磁热再生器装置，其中由磁单元产生的磁场为0.5-2.5T。
5.根据权利要求1-4中任一项的磁热再生器装置，其中当磁屏蔽在第一位置上时，磁屏蔽使由磁单元产生的磁场降低至少90％。
6.根据权利要求1-5中任一项的磁热再生器装置，其中磁屏蔽包含至少一种选自如下的软磁材料：纯铁；铁-硅合金；铁-钴合金；包含镍和至少一种选自铁、铜、钴、钼、铬和锰的元素的镍合金，如坡莫合金、镍钼铁锰合金和导磁合金；非晶态镍-铁基合金和非晶态钴基合金。
7.根据权利要求1-6中任一项的磁热再生器装置，其中磁屏蔽包含至少一个第一软磁材料层和至少一个第二软磁材料层，所述第二软磁材料在比第一软磁材料更高的磁场值下实现饱和度。
8.根据权利要求1-7中任一项的磁热再生器装置，其中磁屏蔽灵活安装以容许磁屏蔽的旋转或横向运动。
9.根据权利要求1-8中任一项的磁热再生器装置，其中磁屏蔽基本具有中空体的形式。
10.根据权利要求1-9中任一项的磁热再生器装置，其中磁屏蔽包含至少两个窗口以容许如果磁屏蔽在第二位置上的话由磁单元产生的磁场作用于磁热材料上。
11.根据权利要求1-10中任一项的磁热再生器装置，其中至少一个窗口的面积大于磁屏蔽在第二位置上时包含在磁热材料单元内的磁热材料占据的面积，且它沿着由磁单元产生的作用于磁热材料的磁场的磁力线显示。
12.根据权利要求1-11中任一项的磁热再生器装置，其中磁屏蔽基本具有中空圆柱体的形式，其中在中空圆柱体的侧面区域中的相对面上具有至少两个窗口；其中磁热材料置于中空圆柱体内；且其中磁屏蔽与磁热材料一起置于由磁单元产生的磁场内。
13.根据权利要求1-11中任一项的磁热再生器装置，其中磁热再生器装置包含两个磁屏蔽，其基本具有不同半径的中空圆柱体的形式，且各个中空圆柱体具有在中空圆柱体的侧面区域中的至少一个窗口；其中两个中空圆柱体一个在另一个内地平行布置，磁单元的一个磁极置于具有较小半径的中空圆柱体内，磁单元的另一磁极置于具有较大半径的中空圆柱体外部；且其中磁热材料置于两个中空圆柱体之间的空间内。
14.操作包含至少一种磁热材料的磁热装置的方法，其中用于利用磁热效应的变化磁场由包含至少一个窗口的至少一个磁屏蔽在至少一个第一位置与至少一个第二位置之间移动而产生，由此当磁屏蔽在第一位置上时使包含在磁热材料单元中的磁热材料与磁场绝缘，并且当磁屏蔽在第二位置上时，使磁场通过至少一个窗口作用于磁热材料上。
制冷系统、气候控制装置和热泵，其包含根据权利要求1-13中任一项的磁热再生器装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP13166934 | 2013-05-08 | ||
| EP13166934.3 | 2013-05-08 | ||
| PCT/EP2014/059195 WO2014180822A1 (en) | 2013-05-08 | 2014-05-06 | Use of a rotating magnetic shielding system for a magnetic cooling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105190200A true CN105190200A (zh) | 2015-12-23 |
Family
ID=48288929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480025035.9A Pending CN105190200A (zh) | 2013-05-08 | 2014-05-06 | 用于磁冷却装置的转动式磁屏蔽系统 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9784483B2 (zh) |
| EP (1) | EP2994703A1 (zh) |
| JP (1) | JP2016520256A (zh) |
| KR (1) | KR20160003693A (zh) |
| CN (1) | CN105190200A (zh) |
| BR (1) | BR112015027842A2 (zh) |
| WO (1) | WO2014180822A1 (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105944638A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-21 | 南京捷纳思新材料有限公司 | 一种磁热反应器装置 |
| CN112437859A (zh) * | 2018-07-17 | 2021-03-02 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 具有旋转热交换器的磁热热二极管组件 |
| CN114234474A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-25 | 清华大学 | 一种磁制冷装置以及系统装置 |
| CN117116879A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 广东力宏微电子有限公司 | 一种半导体分立器件的封装结构 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014107294B4 (de) * | 2014-05-23 | 2017-02-09 | Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg | Zentrifuge |
| EP3234958A1 (en) * | 2014-12-18 | 2017-10-25 | Basf Se | Magnetocaloric cascade and method for fabricating a magnetocaloric cascade |
| EP3570301A1 (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-20 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Rare earth metal-free hard magnets |
| JP2022165236A (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-31 | 株式会社日立製作所 | 磁気冷凍システム |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5156003A (en) | 1990-11-08 | 1992-10-20 | Koatsu Gas Kogyo Co., Ltd. | Magnetic refrigerator |
| JP2933731B2 (ja) | 1991-01-22 | 1999-08-16 | 高圧ガス工業株式会社 | 静止型磁気冷凍機 |
| WO1998055961A1 (fr) * | 1997-06-04 | 1998-12-10 | Tokyo Magnetic Printing Co., Ltd. | Procede servant a utiliser un support d'enregistrement magnetique |
| JP2001347566A (ja) * | 2000-06-06 | 2001-12-18 | Tokin Corp | 熱収縮チューブ及び熱収縮シート及びそれらの収縮方法 |
| KR100797681B1 (ko) * | 2000-08-09 | 2008-01-23 | 애스트로노틱스 코포레이션 오브 아메리카 | 회전형 베드 자기 냉장장치 |
| JP4622179B2 (ja) | 2001-07-16 | 2011-02-02 | 日立金属株式会社 | 磁気冷凍作業物質および蓄冷式熱交換器ならびに磁気冷凍装置 |
| NL1018668C2 (nl) | 2001-07-31 | 2003-02-03 | Stichting Tech Wetenschapp | Materiaal geschikt voor magnetische koeling, werkwijze voor het bereiden ervan en toepassing van het materiaal. |
| JP4663328B2 (ja) | 2003-01-29 | 2011-04-06 | スティッチング ヴォール デ テクニッシェ ヴェッテンシャッペン | 冷却容量を有する磁気材料、当該材料の製造方法および当該材料の使用方法 |
| FR2861454B1 (fr) * | 2003-10-23 | 2006-09-01 | Christian Muller | Dispositif de generation de flux thermique a materiau magneto-calorique |
| FR2868519B1 (fr) | 2004-03-30 | 2006-06-16 | Christian Muller | Generateur thermique a materiau magneto-calorique et procede de generation de thermies |
| JP4564883B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2010-10-20 | 中部電力株式会社 | 磁気式温度調整装置 |
| TW201145319A (en) | 2010-01-11 | 2011-12-16 | Basf Se | Magnetocaloric materials |
| CA2789797A1 (en) | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Basf Se | Magnetocaloric materials |
-
2014
- 2014-05-06 KR KR1020157031908A patent/KR20160003693A/ko not_active Application Discontinuation
- 2014-05-06 JP JP2016512338A patent/JP2016520256A/ja not_active Withdrawn
- 2014-05-06 CN CN201480025035.9A patent/CN105190200A/zh active Pending
- 2014-05-06 EP EP14723406.6A patent/EP2994703A1/en not_active Withdrawn
- 2014-05-06 WO PCT/EP2014/059195 patent/WO2014180822A1/en active Application Filing
- 2014-05-06 US US14/787,704 patent/US9784483B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2014-05-06 BR BR112015027842A patent/BR112015027842A2/pt not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105944638A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-21 | 南京捷纳思新材料有限公司 | 一种磁热反应器装置 |
| CN112437859A (zh) * | 2018-07-17 | 2021-03-02 | 青岛海尔电冰箱有限公司 | 具有旋转热交换器的磁热热二极管组件 |
| CN114234474A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-25 | 清华大学 | 一种磁制冷装置以及系统装置 |
| CN117116879A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 广东力宏微电子有限公司 | 一种半导体分立器件的封装结构 |
| CN117116879B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-01-02 | 广东力宏微电子有限公司 | 一种半导体分立器件的封装结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160069596A1 (en) | 2016-03-10 |
| JP2016520256A (ja) | 2016-07-11 |
| KR20160003693A (ko) | 2016-01-11 |
| US9784483B2 (en) | 2017-10-10 |
| EP2994703A1 (en) | 2016-03-16 |
| WO2014180822A1 (en) | 2014-11-13 |
| BR112015027842A2 (pt) | 2017-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105190200A (zh) | 用于磁冷却装置的转动式磁屏蔽系统 | |
| Lyubina | Magnetocaloric materials for energy efficient cooling | |
| JP5713889B2 (ja) | 熱交換器用の連続気泡多孔性成型物 | |
| JP4622179B2 (ja) | 磁気冷凍作業物質および蓄冷式熱交換器ならびに磁気冷凍装置 | |
| US9915447B2 (en) | Performance improvement of magnetocaloric cascades through optimized material arrangement | |
| Liu et al. | Room temperature table-like magnetocaloric effect in amorphous Gd50Co45Fe5 ribbon | |
| Liu et al. | Exploring La (Fe, Si) 13-based magnetic refrigerants towards application | |
| JP6285463B2 (ja) | 材料配列の最適化による磁気熱量カスケードの性能改良 | |
| US20050000230A1 (en) | Magnetic material | |
| US20110049413A1 (en) | Intermetallic compounds, their use and a process for preparing the same | |
| JP2002356748A (ja) | 磁性材料 | |
| KR101804062B1 (ko) | Mn계 자기열량합금 및 이의 제조 방법 | |
| CN106350690B (zh) | 用于室温磁制冷材料的稀土钆基非晶合金条带及其制备方法 | |
| US9970690B2 (en) | Magnetic refrigerator and device including the same | |
| Yang et al. | Extraordinary magnetocaloric effect of Fe-based bulk glassy rods by combining fluxing treatment and J-quenching technique | |
| JP4352023B2 (ja) | 磁性材料 | |
| JP2010077484A (ja) | 磁気冷凍用磁性材料、磁気冷凍デバイスおよび磁気冷凍システム | |
| Liu et al. | A new approach to prepare spherical La–Fe–Si–Co magnetocaloric refrigerant particles | |
| Sharma et al. | Enhanced magnetocaloric properties and critical behavior of (Fe0. 72Cr0. 28) 3Al alloys for near room temperature cooling | |
| Engelbrecht et al. | Recent developments in room temperature active magnetic regenerative refrigeration | |
| Guo et al. | The effect of different minor additions on the magneto-caloric effect of FeZrB metallic ribbons near room temperature | |
| CN103334043B (zh) | 一种可用作磁制冷材料的磁性合金 | |
| Gschneidner Jr et al. | Magnetic refrigeration | |
| CN103668008A (zh) | 铥基金属玻璃、制备方法及应用 | |
| Turcaud et al. | Influence of manganite powder grain size and Ag-particle coating on the magnetocaloric effect and the active magnetic regenerator performance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151223 |