DE102012110619A1

DE102012110619A1 - Magnetkühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102012110619A1
Application number: DE102012110619A
Authority: DE
Inventors: Chung-Jung Kuo; Tze-Chern MAO; Chieh-Shih CHANG; Tiao-Yuan WU; Sheng-Fan HSIEH; Min-Chia Wang
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-12-05
Also published as: CN103453687A; US20130319012A1; CN103453687B

Abstract

Es wird eine Magnetkühlvorrichtung geschaffen, die ein magnetokalorisches Modul und eine Magneteinheit enthält, die beweglich um das magnetokalorische Modul angeordnet ist. Das magnetokalorische Modul umfasst ein Bett, ein erstes magnetokalorisches Element, ein zweites magnetokalorisches Element und ein drittes magnetokalorisches Element, die in dem Bett aufgenommen sind, wobei sich das erste und das dritte magnetokalorische Element nah bei einem kalten Ende bzw. einem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls befinden. Spezifisch sind das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element entlang einer Mittelachse des magnetokalorischen Moduls angeordnet, wobei das Gewicht des dritten magnetokalorischen Elements das des ersten und des zweiten magnetokalorischen Elements übersteigt. Durch das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element strömt sequentiell ein Thermofluid, um Wärme von dem kalten Ende zu dem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls zu übertragen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Anmeldung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung und insbesondere auf eine Magnetkühlvorrichtung mit mehreren magnetokalorischen Elementen.
Beschreibung der in Beziehung stehenden Technik
Im Vergleich zu herkömmlichen Kühlschränken und Klimatisierungsgeräten besitzt der Magnetkühlschrank eine relativ einfachere Struktur und verursacht weniger Lärmbelästigung, da er kein Freon und keinen Kompressor verwenden muss. Weil außerdem der Magnetkühlschrank die Vorteile eines geringen Energieverbrauchs und niedriger Wartungskosten besitzt, ist er auf dem Gebiet der Kühlung und der Klimatisierung angewendet worden.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine in Beziehung stehende Technik eines aktiven Magnetkühlschranks (AMR) bei Zimmertemperatur im Band 29, Ausgabe 8, Dezember 2006, Seiten 1327–1331, des International Journal of Refrigeration, offenbart worden, die vier verschiedene magnetokalorische Materialien Gd_0,92Y_0,08, Gd_0,84Dy_0,16, Gd_0,87Dy_0,13, Gd_0,89Dy_0,11 anwendet, die miteinander in Reihe geschaltet sind. In dieser Konfiguration sind die vier magnetokalorischen Materialien entlang einer Mittelachse A sequentiell von einer kalten Seite C zu einer heißen Seite H angeordnet. Es wird angegeben, dass die vier magnetokalorischen Materialien im Wesentlichen gleiche Abmessungen, aber verschiedene Curie-Temperaturen besitzen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Anmeldung, eine Magnetkühlvorrichtung zu schaffen, die ein magnetokalorisches Modul und eine Magneteinheit enthält, die beweglich um das magnetokalorische Modul angeordnet ist. Das magnetokalorische Modul umfasst ein Bett, ein erstes magnetokalorisches Element, ein zweites magnetokalorisches Element und ein drittes magnetokalorisches Element, die in dem Bett aufgenommen sind, wobei sich das erste und das dritte magnetokalorische Element nah bei einem kalten Ende bzw. einem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls befinden. Spezifisch sind das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element entlang einer Mittelachse des magnetokalorischen Moduls angeordnet, wobei das Gewicht des dritten magnetokalorischen Elements das des ersten und des zweiten magnetokalorischen Elements übersteigt. Durch das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element strömt sequentiell ein Thermofluid, um Wärme von dem kalten Ende zu dem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls zu übertragen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung kann durch das Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden werden, wobei:
1 eine perspektivische graphische Darstellung einer herkömmlichen aktiven Magnetkühlvorrichtung (AMR-Vorrichtung) ist, die vier verschiedene magnetokalorische Materialien besitzt, die miteinander verbunden sind;
2 eine perspektivische graphische Darstellung einer Magnetkühlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine perspektivische graphische Darstellung einer Magnetkühlvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist;
4 eine perspektivische graphische Darstellung einer Magnetkühlvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist; und
5 eine perspektivische graphische Darstellung einer Magnetkühlvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 2 enthält eine Ausführungsform einer Magnetkühlvorrichtung hauptsächlich ein magnetokalorisches Modul 10 und eine Magneteinheit 14. Die Magneteinheit 14, wie z. B. ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet oder ein Supraleiter, ist um das magnetokalorische Modul 10 angeordnet und kann hin- und herbewegt werden, um verschiedene Magnetfelder auf das magnetokalorische Modul 10 anzuwenden. Wie in 2 gezeigt ist, enthält das magnetokalorische Modul 10 drei magnetokalorische Elemente M11, M12 und M13, die in einem Bett 11 aufgenommen sind, wobei in dem Bett 11 zwei Öffnungen 12 und 13 auf gegenüberliegenden Seiten des Bettes 11 ausgebildet sind.
In dieser Ausführungsform sind die magnetokalorischen Elemente M11–M13 durch zwei Isolierelemente 15 getrennt. Die Isolierelemente 15 können Aerogel, POM, Teflon oder ein poröses Material umfassen, was erlaubt, das ein Thermofluid hindurchgeht. Es wird angegeben, dass die drei magnetokalorischen Elemente M11–M13 das gleiche Material sein können, wie z. B. ein magnetokalorisches Material erster Ordnung, ein magnetokalorisches Material zweiter Ordnung oder eine Legierung, wobei aber deren Gewichte verschieden sind. Wie in 2 gezeigt ist, nehmen die Gewichte der magnetokalorischen Elemente M11–M13 in einer Strömungsrichtung von der Öffnung 12 (dem kalten Ende) zu der Öffnung 13 (dem heißen Ende) allmählich zu. Das Massenverhältnis des dritten magnetokalorischen Elements M13 bezüglich des ersten magnetokalorischen Elements M11 reicht im Wesentlichen von 1,1 bis 2. In einigen Ausfühungsformen können die magnetokalorischen Elemente M11–M13 eine poröse Struktur umfassen, um es zu erlauben, dass das Thermofluid hindurchgeht, wobei deren Porosität von 30% bis 50% reicht.
Wenn die Magnetkühlvorrichtung arbeitet, dreht oder bewegt sich die Magneteinheit 14 wechselseitig bezüglich des magnetokalorischen Moduls 10, um an die magnetokalorischen Elemente M11–M13 verschiedene Magnetfelder anzulegen. Wenn das Magnetfeld durch die Magneteinheit 14 vergrößert wird, steigt die Temperatur des magnetokalorischen Materials an. In diesem Zustand kann ein Thermofluid über die Öffnung 12 (das kalte Ende) in das magnetokalorischen Modul strömen und entlang einer Mittelachse A des magnetokalorischen Moduls 10 durch die drei magnetokalorischen Elemente M11–M13 sequentiell hindurchgehen. Das Thermofluid wird durch die Öffnung 13 aus dem magnetokalorischen Modul 10 abgelassen, so dass die Wärme zu dem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls 10 übertragen wird. Wenn das Magnetfeld durch die Magneteinheit 14 verringert wird, nimmt außerdem die Temperatur der magnetokalorischen Elemente M11–M13 ab. In diesem Zustand kann das Thermofluid von der Öffnung 13 (dem heißen Ende) in das magnetokalorische Modul 10 zu der Öffnung 12 (dem kalten Ende) strömen, so dass das Thermofluid durch die magnetokalorischen Elemente M11–M13 gekühlt wird.
Weil die Wärme vom kalten Ende zum heißen Ende kontinuierlich übertragen wird, können eine Akkumulation der Wärme und eine relativ hohe Temperatur des Thermofluids nahe bei der Öffnung 13 auftreten. Folglich kann das magnetokalorische Element M13 ein höheres Gewicht als die magnetokalorischen Elemente M11 und M12 erfordern, um die Wärmepumpleistung in der Nähe des heißen Endes zu erhöhen. In dieser Ausführungsform übersteigt das Gewicht des magnetokalorischen Elements M13 das des magnetokalorischen Elements M12, während das Gewicht des magnetokalorischen Elements M12 das des magnetokalorischen Elements M11 übersteigt, wie in 2 gezeigt ist. Spezifisch können die Isolierelemente 15 die Wärmeleitung zwischen den magnetokalorischen Elementen M11–M13 verhindern und folglich einen Temperaturgradienten zwischen den magnetokalorischen Elementen M12 aufrechterhalten und den Wirkungsgrad der Magnetkühlvorrichtung vergrößern.
In 3 umfasst eine weitere Ausführungsform einer Magnetkühlvorrichtung drei magnetokalorische Elemente M21–M23 mit verschiedenen magnetokalorischen Materialien und Gewichten, wobei sich das magnetokalorische Element M22 zwischen den magnetokalorischen Elementen M21 und M23 befindet. Ähnlich zur Konfiguration in 2 übersteigt das Gewicht des magnetokalorischen Elements M23 das des magnetokalorischen Elements M22, während das Gewicht des magnetokalorischen Elements M22 das des magnetokalorischen Elements M21 übersteigt. Die Magneteinheit 14 ist um das magnetokalorische Modul 10 angeordnet und kann hin und her bewegt werden, um verschiedene Magnetfelder an das magnetokalorische Modul 10 anzulegen. Da das magnetokalorische Element M23 größer und schwerer als die magnetokalorischen Elemente M21 und M22 ist, ist die Wärmepumpleistung in der Nähe des heißen Endes erhöht, um den Wirkungsgrad der Magnetkühlvorrichtung zu verbessern.
In 4 umfasst eine weitere Ausführungsform einer Magnetkühlvorrichtung drei magnetokalorische Elemente M31–M33 mit verschiedenen magnetokalorischen Materialien und verschiedenen Gewichten, wobei sich das magnetokalorische Element M32 zwischen den magnetokalorischen Elementen M31 und M33 befindet. In Anbetracht der verschiedenen magnetokalorischen Eigenschaften der drei magnetokalorischen Elemente M31–M33 sind sie in einer von den 2 und 3 verschiedenen Konfiguration angeordnet, wobei das Gewicht des magnetokalorischen Elements M31 das des magnetokalorischen Elements M32 übersteigt, während das Gewicht des magnetokalorischen Elements M32 das des magnetokalorischen Elements M33 übersteigt.
In 5 umfasst eine weitere Ausführungsform einer Magnetkühlvorrichtung drei magnetokalorische Elemente M41–M43 mit verschiedenen magnetokalorischen Materialien und verschiedenen Gewichten, wobei sich das magnetokalorische Element M42 zwischen den magnetokalorischen Elementen M41 und M43 befindet. In Anbetracht der verschiedenen magnetokalorischen Eigenschaften der drei magnetokalorischen Elemente M41–M43 sind sie in einer von den 2–4 verschiedenen Konfiguration angeordnet, wobei das Gewicht des magnetokalorischen Elements M42 das des magnetokalorischen Elements M43 übersteigt, während das Gewicht des magnetokalorischen Elements M43 das des magnetokalorischen Elements M41 übersteigt, um die Wärmepumpleistung zu erhöhen und den Wirkungsgrad der Magnetkühlvorrichtung zu verbessern.
Die Erfindung schafft eine Magnetkühlvorrichtung mit mehreren magnetokalorischen Elementen. Eine Ausführungsform der magnetokalorischen Elemente kann das gleiche magnetokalorische Material besitzen, wobei das Gewicht eines magnetokalorischen Elements nah bei dem heißen Ende das der anderen magnetokalorischen Elemente übersteigt. Zusätzlich können die magnetokalorischen Elemente außerdem verschiedene Materialien besitzen. In Anbetracht der verschiedenen magnetokalorischen Eigenschaften der magnetokalorischen Elemente können sie in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sein, wie in den 3–5 gezeigt ist. Die Erfindung kann den Wirkungsgrad der Magnetkühlvorrichtung durch das Anwenden mehrerer magnetokalorischer Elemente mit verschiedenen Gewichten verbessern. Spezifisch können mehrere Isolierelemente zwischen den magnetokalorischen Elementen angeordnet sein, um die Wärmeleitung zu verhindern, wobei folglich ein Temperaturgradient aufrechterhalten und der Wirkungsgrad der Magnetkühlvorrichtung vergrößert wird.
Während die Erfindung beispielhaft und hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist. Es ist im Gegenteil vorgesehen, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen (wie sie für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein würden) abzudecken. Deshalb sollte dem Umfang der beigefügten Ansprüche die breiteste Interpretation gewährt werden, um alle derartigen Modifikationen und ähnlichen Anordnungen einzuschließen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Beziehung stehende Technik eines aktiven Magnetkühlschranks (AMR) bei Zimmertemperatur im Band 29, Ausgabe 8, Dezember 2006, Seiten 1327–1331, des International Journal of Refrigeration [0003]

Claims

Magnetkühlvorrichtung, die umfasst: – ein magnetokalorisches Modul, das umfasst: – ein Bett, das eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung an einem kalten Ende bzw. einem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls bildet; – ein erstes magnetokalorisches Element, das in dem Bett aufgenommen ist und sich nah bei der ersten Öffnung befindet; – ein zweites magnetokalorisches Element, das in dem Bett aufgenommen ist; – ein drittes magnetokalorisches Element, das in dem Bett aufgenommen ist und sich nah bei der zweiten Öffnung befindet, wobei das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element entlang einer Mittelachse des magnetokalorischen Moduls angeordnet sind und das Gewicht des dritten magnetokalorischen Elements das des ersten und des zweiten magnetokalorischen Elements übersteigt; – eine Magneteinheit, die um das magnetokalorische Modul angeordnet ist, um dem magnetokalorischen Modul verschiedene Magnetfelder bereitzustellen; und – ein Thermofluid, das durch die erste Öffnung, das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element und die zweite Öffnung sequentiell strömt, um Wärme von dem kalten Ende zu dem heißen Ende des magnetokalorischen Moduls zu übertragen.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite magnetokalorische Element zwischen dem ersten und dem dritten magnetokalorischen Element angeordnet ist und das Gewicht des zweiten magnetokalorischen Elements das des ersten magnetokalorischen Elements übersteigt.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Massenverhältnis des dritten magnetokalorischen Elements bezüglich des ersten magnetokalorischen Elements von 1,1 bis 2 reicht.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element ein magnetokalorisches Material erster Ordnung, ein magnetokalorisches Material zweiter Ordnung oder eine Legierung umfassen.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element eine Porosität von 30% bis 50% besitzen.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element das gleiche Material umfassen.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste, das zweite und das dritte magnetokalorische Element verschiedene Materialien umfassen.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magnetkühlvorrichtung ferner zwei Isolierelemente umfasst, die zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten magnetokalorischen Element angeordnet sind, wobei die Isolierelemente Aerogel, POM, Teflon oder ein poröses Material umfassen.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magneteinheit einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten oder einen Supraleiter umfasst.
Magnetkühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magneteinheit bezüglich des magnetokalorischen Moduls beweglich oder drehbar ist.