CN114111096B - 一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法，属于室温磁制冷机技术领域，包括以下步骤：步骤一、取得铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属合金5‑10份进行加热熔融，加热熔融温度为60‑200度；步骤二、向熔融低熔点合金内加入90‑95份镧铁硅系碎片或粉粒搅拌均匀，加热时间不超过1分钟；步骤三、将搅拌均匀的混合材料倒入模具压制成片状，然后冷却凝固制备成磁制冷片状材料；步骤四、对所制备磁制冷片状材料四周进行切割去边角，通过将制备的多组磁制冷片状材料安装在磁制冷桶上的20或24组磁制冷桶通道上形成磁制冷床，本发明实现制备磁制冷片状材料的结合强度高，成型效果好，热吸交换性能高，同时制备磁制冷床制冷效率高。

Description

一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法

技术领域

本发明涉及磁制冷技术领域，尤其涉及一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法。

背景技术

相比传统蒸汽压缩式制冷技术，室温磁制冷技术是一种基于材料物性(磁热效应)的固态制冷方式，采用水等环保介质作为传热流体，具有零GWP (global war分钟gpotential)、零ODP(ozone depletion potential)、内禀高效、低噪音与低振动等特点，有望成为具有重要应用前景的制冷技术之一。

室温磁制冷原理：室温磁制冷是一种利用磁性材料的磁热效应来实现制冷的新技术，所谓磁热效应是指外加磁场发生变化时磁性材料的磁矩有序排列发生变化，即磁熵改变，导致材料自身发生吸、放热的现象。在无外加磁场时，磁性材料内磁矩的方向是杂乱无章的，表现为材料的磁熵较大；有外加磁场时，材料内磁矩的取向逐渐趋于一致，表现为材料的磁熵较小。磁制冷基本原理如图1所示，在励磁的过程中，磁性材料的磁矩沿磁场方向由无序到有序，磁熵减小，由热力学知识可知此时磁工质向外放热；在去磁的过程中，磁性材料的磁矩沿磁场方向由有序到无序，磁熵增大，此时磁工质从外部吸热。其次在绝热条件下，磁工质与外界没有发生热量交换，在励磁和去磁的过程中，磁场对材料做功，使材料的内能改变，从而使材料本身的温度发生变化。

由于近年来室温磁制冷机的应用正日趋成熟，其中多腔旋转式室温磁制冷机具有体积小、机构紧凑、噪音低、效率高和磁体便于工业化生产等优势。但在最有优势的镧铁硅系磁制冷材料存在易碎易粉花问题，因此需要用粘接的方式完成成型，但粘接成型后的镧铁硅系材料一般热导率都比较低，而且很难做成直径为亚毫米级的球状，而通常做成片状，或者有结构的片状。

本发明提出一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法，用来解决镧铁硅系磁制冷材料易碎易粉花的问题，提高镧铁硅系磁制冷材料的热导率，同时通过本发明所提出磁制冷片状材料制备一种制冷循环效率较高的多腔旋转式磁制冷床。

发明内容

本发明的目的是提一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法供，解决了背景技术所提出镧铁硅系磁制冷材料易碎易粉花和胶粘安装热导率较低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种磁制冷片状材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取得铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属合金5-10份进行加热熔融，加热熔融温度为60-200摄氏度，所述铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属或其金属合金熔点处于60-200摄氏度；

步骤二、向熔融低熔点合金内加入90-95份镧铁硅系碎片或粉粒搅拌均匀，混合加热时间不超过1分钟，使镧铁硅系材料表面包裹上低熔点金属或合金；

步骤三、将搅拌均匀的混合材料倒入模具压制成片状，模具内成型厚度未 0.5mm，然后冷却凝固制备成磁制冷片状材料，所述模具上设有多组沿长度方向交替在两边均匀设置的贯穿槽；

步骤四、对所制备磁制冷片状材料四周进行切割去除边角。

更进一步的，所述贯穿槽在所述模具内腔形成沿长度方向宽度为0.2± 0.1mm的隔断凸起,且相邻隔断凸起间隔距离在5-10mm，所述贯穿槽在所述模具内侧沿宽度方向形成的隔断凸起不小于所述模具内腔宽度的2/3，所述隔断凸起对应成模后所述磁制冷片状材料上的断热桥。

更进一步的，所述模具内腔上侧或下侧面上均匀设有向上或下侧的凹槽，所述凹槽的深度为0.2～0.3mm，所述凹槽设置密度为平均每平方厘米设有2-6组，所述凹槽对应成模后所述磁制冷片状材料上的凸起块。

更进一步的，所述凹槽呈半球形或正方体或长方体形。

一种磁制冷片状材料制备多腔旋转式磁制冷床的方法，包含以下步骤：

步骤一、制备磁制冷桶，所述磁制冷桶的圆筒上设有20或24个磁制冷桶通道；

步骤二、将制备的多组磁制冷片状材料安装在磁制冷桶通道内，多组磁制冷片状材料上的凸起块统一朝一侧方向，且相邻的磁制冷片状材料间形成用于载冷介质流通的流体通道；

步骤三、多组磁制冷片状材料安装完毕后形成磁制冷桶床，磁制冷床两端分别闭环接入外界需冷空间进行热交换，最终实现稳定制冷的目的。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在磁制冷片状材料制备过程中，向镧铁硅系磁制冷材料内加入低熔点金属合金，低熔点金属合金熔点为60-200°，并参照其熔点进行 60-200°加热至融化，防止镧铁硅系磁制冷材料中的的氢析出改变材料的居里温度，加热时间控制在1分钟内，压模成型后镧铁硅系材料表面包裹上铟或铟合金，增加了磁制冷片状材料的结合强度，不易粉碎，成型效果好，导热性能好。

(2)本发明通过在磁制冷片状材料表面成模由多组凸起块，同时磁制冷片状材料上设有多组沿片的长度方向交替在两边断开的断热桥，将磁制冷片状材料插入磁制冷桶通道内，磁制冷桶的圆筒上设有20或24个通道，磁制冷片在安装时片与片之间受凸起块支撑形成利于导热的载冷流体通道，载冷流体经过流体通道并在磁制冷片状材料上均匀布设的断热桥内穿梭，使得磁制冷片状材料与载冷流体间进行均匀的热交换，此种结构设计避免了载冷流体与磁制冷片状材料接触不均所造成的热交换效率低下，同时通过断热桥技术隔断热量在磁制冷片状材料上传导，增加对载冷流体与磁制冷床的换热效果，大大提升了磁制冷机的制冷效率。

附图说明

图1为本发明所提供的磁制冷片状材料立体模型图；

图2为本发明所提供的磁制冷桶上部分磁制冷桶通道安装磁制冷片状材料的立体模型图。

图中：1、磁制冷片状材料；2、凸起块；3、断热桥；4、流体通道；5、磁制冷桶；6、磁制冷桶通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种磁制冷片状材料及其制备多腔旋转式磁制冷床的方法。

实施例一

一种磁制冷片状材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤一、取得铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属合金5份进行加热熔融，其对应的加热熔融温度分别为170摄氏度、190摄氏度、200摄氏度和60 摄氏度；

步骤二、向上述任一种熔融状态的金属合金内加入95份镧铁硅系碎片或粉粒搅拌均匀，为防止镧铁硅系材料内氢析出混合加热时间不超过1分钟，加热温度不变，使镧铁硅系材料表面包裹上低熔点金属或合金；

步骤三、将搅拌均匀的混合材料倒入模具压制成片状，模具内成型厚度未 0.5mm，模具上设有多组沿长度方向交替在两边均匀设置的贯穿槽，贯穿槽在模具内腔形成沿长度方向宽度为0.15mm的隔断凸起，且相邻隔断凸起间隔距离在 5mm，贯穿槽在模具内侧沿宽度方向形成的隔断凸起不小于模具内腔宽度的2/3，隔断凸起对应成模后磁制冷片状材料上的断热桥3，同时模具内腔上侧或下侧面上均匀设有向上或下侧的凹槽，凹槽的深度为0.2mm，凹槽设置密度为平均每平方厘米设有2组，凹槽对应成模后磁制冷片状材料上的凸起块2，然后冷却凝固制备成磁制冷片状材料1；

步骤四、对所制备磁制冷片状材料1四周进行切割去除边角残料，便于磁制冷片状材料安装。

由上述步骤制备的多组磁制冷片状材料制备多腔旋转式磁制冷床的方法，包含以下步骤：

步骤一、制备磁制冷桶5，磁制冷桶的圆筒上设有20个磁制冷桶通道6；

步骤二、将制备的多组磁制冷片状材料1安装在磁制冷桶通道6内，多组磁制冷片状材料1上的凸起块2统一朝一侧方向，且相邻的磁制冷片状材料1 间形成用于载冷介质流通的流体通道4，载冷流体经过流体通道4并在磁制冷片状材料1上均匀布设的断热桥3内穿梭，使得磁制冷片状材料1与载冷流体间进行均匀的热交换，同时通过断热桥3隔断热量在磁制冷片状材料1上传导，避免对增加对磁制冷桶通道6的输入输出端载冷流体的制冷效果的影响，此处所使用载冷流体一般为水、氯化钠溶液、酒精等导热性能良好的流体；

步骤三、多组磁制冷片状材料安装完毕后形成磁制冷桶床，磁制冷床两端分别闭环接入外界需冷空间进行热交换，最终实现稳定制冷的目的。

实施例二

一种磁制冷片状材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤一、取得铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属合金10份进行加热熔融，其对应的加热熔融温度分别为170摄氏度、190摄氏度、200摄氏度和60 摄氏度；

步骤二、向上述任一种熔融状态的金属合金内加入90份镧铁硅系碎片或粉粒搅拌均匀，为防止镧铁硅系材料内氢析出混合加热时间不超过1分钟，加热温度不变，使镧铁硅系材料表面包裹上低熔点金属或合金；

步骤三、将搅拌均匀的混合材料倒入模具压制成片状，模具内成型厚度未 0.5mm，模具上设有多组沿长度方向交替在两边均匀设置的贯穿槽，贯穿槽在模具内腔形成沿长度方向宽度为0.25mm的隔断凸起，且相邻隔断凸起间隔距离在 10mm，贯穿槽在模具内侧沿宽度方向形成的隔断凸起不小于模具内腔宽度的 2/3，隔断凸起对应成模后磁制冷片状材料1上的断热桥3，同时模具内腔上侧或下侧面上均匀设有向上或下侧的凹槽，凹槽的深度为0.3mm，凹槽设置密度为平均每平方厘米设有6组，凹槽对应成模后磁制冷片状材料1上的凸起块2，然后冷却凝固制备成磁制冷片状1材料；

步骤四、对所制备磁制冷片状材料四周进行切割去除边角残料，便于磁制冷片状材料安装。

由上述步骤制备的多组磁制冷片状材料制备多腔旋转式磁制冷床的方法，包含以下步骤：

步骤一、制备磁制冷桶，磁制冷桶的圆筒上设有24个磁制冷桶通道6；

步骤二、将制备的多组磁制冷片状材料1安装在磁制冷桶通道6内，多组磁制冷片状材料1上的凸起块2统一朝一侧方向，且相邻的磁制冷片状材料1 间形成用于载冷介质流通的流体通道4，载冷流体经过流体通道4并在磁制冷片状材料1上均匀布设的断热桥3内穿梭，使得磁制冷片状材料1与载冷流体间进行均匀的热交换，同时通过断热桥隔断热量在磁制冷片状材料1上传导，避免对增加对磁制冷桶通道6的输入输出端载冷流体的制冷效果的影响，此处所使用载冷流体一般为水、氯化钠溶液、酒精等导热性能良好的流体；

步骤三、多组磁制冷片状材料安装完毕后形成磁制冷床，磁制冷桶床两端分别闭环接入外界需冷空间进行热交换，最终实现稳定制冷的目的。

在实施例1、2中，当所使用的镧铁硅粉粒粒径小于0.1mm时，加热融化宜在真空条件下进行，避免在融化过程中镧铁硅粉粒过度接触空气增加氧化物即杂质的含量，影响制备磁制冷片状材料的热交换性能，同时所制备磁制冷片状材料不仅局限于包含20或24组磁制冷通道的磁制冷桶，根据使用场景环境可以选择为1组或多组。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磁制冷片状材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、取得铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属合金5-10份进行加热熔融，加热熔融温度为60-200摄氏度，所述铟、锡、铋、镓其中任一种低熔点金属或其金属合金熔点处于60-200摄氏度；

步骤二、向熔融低熔点合金内加入90-95份镧铁硅系碎片或粉粒搅拌均匀，混合加热时间不超过1分钟，使镧铁硅系材料表面包裹上低熔点金属或合金；

步骤三、将搅拌均匀的混合材料倒入模具压制成片状，模具内成型厚度为0.5mm，然后冷却凝固制备成磁制冷片状材料，所述模具上设有多组沿长度方向交替在两边均匀设置的贯穿槽；

步骤四、对所制备磁制冷片状材料四周进行切割去除边角。

2.根据权利要求1所述的一种磁制冷片状材料制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述贯穿槽在所述模具内腔形成沿长度方向宽度为0.2±0.1mm的隔断凸起,且相邻隔断凸起间隔距离在5-10mm，所述贯穿槽在所述模具内侧沿宽度方向形成的隔断凸起不小于所述模具内腔宽度的2/3，所述隔断凸起对应成模后所述磁制冷片状材料上的断热桥。

3.根据权利要求2所述的一种磁制冷片状材料制备方法，其特征在于，所述模具内腔上侧或下侧面上均匀设有向上或下侧的凹槽，所述凹槽的深度为0.2～0.3mm，所述凹槽设置密度为平均每平方厘米设有2-6组，所述凹槽对应成模后所述磁制冷片状材料上的凸起块。

4.根据权利要求3所述的一种磁制冷片状材料制备方法，其特征在于，所述凹槽呈半球形或正方体或长方体形。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种磁制冷片状材料制备方法，其特征在于，所述磁制冷片状材料用于制备多腔旋转式磁制冷床，多腔旋转式磁制冷床的制备方法包含以下步骤：

步骤一、制备磁制冷桶，所述磁制冷桶(5)的圆筒上设有20或24个磁制冷桶通道(6)；

步骤二、将制备的多组磁制冷片状材料安装在磁制冷桶通道内，多组磁制冷片状材料上的凸起块统一朝一侧方向，且相邻的磁制冷片状材料间形成用于载冷介质流通的流体通道(4)；

步骤三、多组磁制冷片状材料安装完毕后形成磁制冷桶床，磁制冷桶床两端分别闭环接入外界需冷空间进行热交换，最终实现稳定制冷的目的。

Images