TWI453365B

TWI453365B - 磁製冷裝置及其磁熱模組

Info

Publication number: TWI453365B
Application number: TW100139499A
Authority: TW
Inventors: Chung Jung Kuo; Fu Chou Hsiao; Sheng Fan Hsieh; Tze Chern Mao; Ming Tsz Lin; Mao Zen Hsu; Chi Hsiang Kuo
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2014-09-21
Also published as: DE102012110415A1; TW201317527A; US20130104568A1

Description

磁製冷裝置及其磁熱模組

本發明係有關於一種磁製冷裝置，特別係有關於一種具有不同磁熱材料之磁製冷裝置及其磁熱模組。

由於磁製冷裝置(magnetic cooling device)不需要使用特定的冷媒和壓縮機，相較於傳統的冷凍空調設備而言不僅構造較為簡單，同時也不會產生噪音污染。另一方面，磁製冷裝置具備有低能源損耗以及維護成本便宜等優點，因此已逐漸成為冷凍空調技術領域中之一重要發展項目。

請參閱第1圖，在2006年所出版的國際期刊International Journal of Refrigeration第29卷的第1327-1331頁介紹了一種關於主動式磁製冷裝置(active magnetic regeneration,AMR)的技術，在前述文獻中主要係將Gd_0.92 Y_0.08 、Gd_0.84 Dy_0.16 、Gd_0.87 Dy_0.13 、Gd_0.89 Dy_0.11 等四種不同的磁熱材料(magnetocaloric materials)依序沿著一座體之一冷端C至一熱端H串聯設置，其中由於每一種磁熱材料的居禮溫度各不相同，因此透過將不同磁熱材料串聯設置，可增加系統的工作溫度範圍並降低製冷溫度。

應了解的是，每一種磁熱材料的居禮溫度通常即是其最佳的操作溫度，惟當不同的磁熱材料串聯擺放在一起時，極易沿著磁熱材料的串聯方向(如第1圖所示的中心軸A方向)產生熱傳導，如此將造成溫度梯度(temperature gradient)被均勻化，進而導致磁製冷裝置的整體效率下降。

本發明之一實施例提供一種磁製冷裝置，包括一磁熱模組以及一磁體單元，前述磁熱模組包括一座體、一第一磁熱材料、一第二磁熱材料以及一隔熱結構。前述第一、第二磁熱材料設置座體內，其中第二磁熱材料的居禮溫度大於第一磁熱材料的居禮溫度。前述隔熱結構設置於第一、第二磁熱材料之間，用以阻絕第一、第二磁熱材料之間的熱傳導。前述磁體單元與磁熱模組耦合，並且往復地作用不同磁場予第一、第二磁熱材料，其中一熱傳流體流經第一、第二磁熱材料，藉以將熱量在磁熱模組之冷端及熱端間傳遞。

於一實施例中，前述隔熱結構具有一腔室，前述腔室為真空或充填入空氣。

於一實施例中，前述隔熱結構具有氣凝膠。

於一實施例中，前述隔熱結構具有聚甲醛。

於一實施例中，前述隔熱結構具有鐵氟龍。

於一實施例中，前述隔熱結構具有隔熱棉。

於一實施例中，前述第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有釓或釓合金。

於一實施例中，前述第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有釔合金或鏑合金。

於一實施例中，前述第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有錳合金或鑭合金。

於一實施例中，前述第一、第二磁熱材料沿磁熱模組之一中心軸方向串聯排列於座體內，且熱傳流體沿中心軸方向依序流經第一、第二磁熱材料。

於一實施例中，前述磁體單元可相對磁熱模組移動。

本發明之一實施例更提供一種磁熱模組，設置於一磁製冷裝置內部，其中前述磁製冷裝置之一磁體單元往復地施加不同磁場予磁熱模組，前述磁熱模組包括一座體、一第一磁熱材料、一第二磁熱材料以及一隔熱結構。前述第一、第二磁熱材料設置座體內，其中第二磁熱材料的居禮溫度大於第一磁熱材料的居禮溫度。前述隔熱結構設置於第一、第二磁熱材料之間，用以阻絕第一、第二磁熱材料之間的熱傳導，其中一熱傳流體流經第一、第二磁熱材料，藉以將熱量由磁熱模組之一冷端傳送至一熱端。

為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。

請參閱第2圖，本發明一實施例之磁製冷裝置100主要包括一磁熱模組10以及一磁體單元20(例如磁鐵或電磁鐵)，前述磁體單元20設置在磁熱模組10周圍，並可往復地作用不同磁場予磁熱模組10。如第2圖所示，前述磁熱模組10主要包含有一座體11、一第一磁熱材料M1、一第二磁熱材料M2以及一隔熱結構12，其中第一、第二磁熱材料M1、M2設置於座體11內，隔熱結構12則位於第一、第二磁熱材料M1、M2之間。在本實施例中，介於第一、第二磁熱材料M1、M2間的空隙可被隔熱結構12填滿，此外在隔熱結構12內部另可形成有通孔或多孔隙結構，使得一熱傳流體可經由其內部通過。舉例而言，前述隔熱結構12可由隔熱棉、氣凝膠(Aerogel)、聚甲醛(POM)、鐵氟龍(Teflon)等隔熱材料所製成，藉以阻絕第一、第二磁熱材料M1、M2之間的熱傳導。

當磁製冷裝置100處於操作狀態時，前述磁體單元20可相對磁熱模組10往復地旋轉或移動，藉此可以一特定頻率變換並作用不同磁場予第一、第二磁熱材料M1、M2並改變其溫度。需特別說明的是，本實施例中的第一、第二磁熱材料M1、M2分別具有不同的居禮溫度，其中第二磁熱材料M2的居禮溫度大於第一磁熱材料M1的居禮溫度，如此一來可藉由將第一、第二磁熱材料M1、M2串聯設置，以提升磁製冷裝置100的工作溫度範圍並降低其製冷溫度。如第2圖所示，熱傳流體可由磁熱模組10左側之冷端101進入磁熱模組10，接著沿中心軸A方向流經第一、第二磁熱材料M1、M2，然後再由磁熱模組10右側之熱端102流出，其中透過熱傳流體可將熱量由磁熱模組10之冷端101傳送至熱端102，藉以達到製冷的效果。

如前所述，本發明藉由在第一、第二磁熱材料M1、M2之間設置隔熱結構12，可避免第一、第二磁熱材料M1、M2因相互接觸而延著中心軸A方向產生熱傳導，如此一來便能有效防止溫度梯度被均勻化，進而可提升磁製冷裝置100的整體效能。

接著請參閱第3圖，該圖係表示本發明另一實施例之磁熱模組10示意圖。如第3圖所示，本發明另一實施例之磁熱模組10包含有一座體11、一第一磁熱材料M1、一第二磁熱材料M2以及一隔熱結構13，前述隔熱結構13大致呈中空結構並且設置在第一、第二磁熱材料M1、M2之間。舉例而言，前述隔熱結構13可由隔熱棉、氣凝膠、聚甲醛、鐵氟龍或其他隔熱材料所製成，此外在隔熱結構13上可形成有網狀或多孔隙結構以容許熱傳流體通過。需特別說明的是，在隔熱結構13內部更形成有一腔室130，藉此可在第一、第二磁熱材料M1、M2之間形成阻隔，以避免兩者之間產生熱傳導。

或者，前述隔熱結構13亦可具有密閉之中空結構，其中位在隔熱結構13內部的腔室130可為真空或可填入氣體(例如空氣)，如此一來同樣可避免第一、第二磁熱材料M1、M2之間產生熱傳導，同時能防止溫度梯度被均勻化，進而可提升磁製冷裝置100的整體效能。應了解的是，前述第一、第二磁熱材料M1、M2可由釓、釓合金、釔合金、鏑合金、錳合金、鑭合金或其他磁熱材料所製成。

綜上所述，本發明提供一種磁製冷裝置及其磁熱模組，在磁熱模組內部設置有複數個不同材質的磁熱材料，其中藉由在不同的磁熱材料之間設置隔熱結構，可有效避免不同的磁熱材料之間產生熱傳導。雖然設置隔熱結構會略為增加磁熱模組的體積，但整體而言其所產生出的溫梯效果仍非常顯著，故可廣泛地應用在各式磁製冷裝置中。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧磁製冷裝置

10‧‧‧磁熱模組

101、C‧‧‧冷端

102、H‧‧‧熱端

11‧‧‧座體

12、13‧‧‧隔熱結構

20‧‧‧磁控單元

130‧‧‧腔室

A‧‧‧中心軸

M1‧‧‧第一磁熱材料

M2‧‧‧第二磁熱材料

第1圖表示一習知磁熱模組之示意圖；第2圖表示本發明一實施例之磁製冷裝置及其磁熱模組之示意圖；以及第3圖表示本發明另一實施例之磁熱模組示意圖。

100‧‧‧磁製冷裝置

10‧‧‧磁熱模組

101‧‧‧冷端

102‧‧‧熱端

11‧‧‧座體

12‧‧‧隔熱結構

20‧‧‧磁控單元

A‧‧‧中心軸

M1‧‧‧第一磁熱材料

M2‧‧‧第二磁熱材料

Claims

一種磁製冷裝置，包括：一磁熱模組；一座體；一第一磁熱材料，設置於該座體內；一第二磁熱材料，設置於該座體內，其中該第二磁熱材料的居禮溫度大於該第一磁熱材料的居禮溫度；一隔熱結構，設置於該第一、第二磁熱材料之間，用以阻絕該第一、第二磁熱材料之間的熱傳導；以及一磁體單元，與該磁熱模組耦合，並且往復地作用不同磁場予該第一、第二磁熱材料，其中一熱傳流體流經該第一、第二磁熱材料，藉以將熱量由該磁熱模組之一冷端傳送至一熱端，其中該第一、第二磁熱材料沿該磁熱模組之一中心軸方向串聯排列於該座體內，且該熱傳流體沿該中心軸方向依序流經該第一、第二磁熱材料。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該隔熱結構具有一腔室，該腔室為真空或填入氣體。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該隔熱結構具有氣凝膠。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該隔熱結構具有聚甲醛。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該隔熱結構具有鐵氟龍。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該隔熱結構具有隔熱棉。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有釓或釓合金。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有釔合金或鏑合金。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有錳合金或鑭合金。
如申請專利範圍第1項所述之磁製冷裝置，其中該磁體單元可相對該磁熱模組移動。
一種磁熱模組，設置於一磁製冷裝置內部，其中該磁製冷裝置之一磁體單元往復地施加不同磁場予該磁熱模組，該磁熱模組包括：一座體；一第一磁熱材料，設置於該座體內；一第二磁熱材料，設置於該座體內，其中該第二磁熱材料的居禮溫度大於該第一磁熱材料的居禮溫度；以及一隔熱結構，設置於該第一、第二磁熱材料之間，用以阻絕該第一、第二磁熱材料之間的熱傳導，其中一熱傳流體流經該第一、第二磁熱材料，藉以將熱量在該磁熱模組之低溫端及高溫端間傳送，其中該第一、第二磁熱材料沿該磁熱模組之一中心軸方向串聯排列於該座體內，且該熱傳流體沿該中心軸方向依序流經該第一、第二磁熱材料。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該隔熱結構具有一腔室，該腔室為真空或填入氣體。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該隔熱結構具有氣凝膠。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該隔熱結構具有聚甲醛。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該隔熱結構具有鐵氟龍。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該隔熱結構具有隔熱棉。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有釓或釓合金。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有釔合金或鏑合金。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該第一、第二磁熱材料之其中至少一者含有錳合金或鑭合金。
如申請專利範圍第11項所述之磁熱模組，其中該磁體單元可相對該磁熱模組移動。