[发明专利]由磁热材料级联构成的换热器床

说明书

本发明涉及一种由磁热材料级联构成的换热器床，其生产方法以及其在冰箱、空调装置、热泵中或在通过直接转化热量的发电中的用途。

这类材料原则上是已知的且例如描述于WO 2004/068512。磁冷却技术基于磁热效应(MCE)，且可替代已知的蒸气循环冷却方法。在呈现磁热效应的材料中，无规排列的磁矩受到外部磁场作用产生排列导致材料发热。该热量可通过传热而由MCE材料移除到周围气氛中。当随后将磁场关闭或除去时，磁矩又回复到无规排列，这导致材料冷却至低于环境温度。该效应可被用于冷却目的；参见Nature，第415卷，2002年1月10日，第150-152页。通常将传热介质，如水用于从磁热材料中移除热量。

用于磁热发电机的材料同样基于磁热效应。在呈现磁热效应的材料中，无规排列的磁矩受到外部磁场作用产生排列导致材料发热。该热量可通过传热而由MCE材料移除到周围气氛中。当随后将磁场关闭或除去时，磁矩又回复到无规排列，这导致材料冷却至低于环境温度。该效应首先可被用于冷却目的；其次可被用于将热量转化为电能。

磁热产生电能与磁加热和冷却相关。在该概念首次出现时，能量产生的方法被描述为热磁能量产生。与Peltier或Seebeck类型的装置相比，这些磁热装置可具有显著更高的能量效率。

对这种物理现象的研究开始于19世纪晚期，当时两位科学家Tesla和Edison申请了关于热磁发电机的专利。

就热磁或磁热应用而言，材料应允许有效热交换，以能够获得高的效率。在制冷过程以及在发电过程中，均将热磁材料用于换热器中。

将多种不同磁热材料用于一个热泵设备是本身已知的。EP-A-1736717描述了连续旋转的磁制冷机和热泵。在该情况下，可将四个具有圆柱结构的旋转的磁制冷机或热泵串联组合。将第一个制冷机的暖侧与第二个制冷机的冷侧相连，以此类推。级联体系的各段可包含不同的磁热材料。相应构造显示在图7A中。

US 2009/0217675涉及磁制冷装置。在该情况下，将磁热材料引入螺旋管。可将多个螺旋区域经由相互连接的端部而串联连接。可将螺旋元件填充不同的磁热材料，以覆盖宽的温度范围。

2009年8月10日申请的具有较早优先权日但未在本发明申请的优先权日出版的欧洲专利申请EP 09167550.4涉及由热磁材料构成的换热器床。据记载，可在堆积换热器床中组合一系列具有不同居里温度的不同磁热材料。据说在单个换热器床中允许获得整体上大的温度变化。优选组合据说为居里温度最大差为1-10℃，更优选2-6℃的热磁材料的组合。

本发明目的为提供由至少三种具有不同居里温度的不同磁热材料的级联构成的换热器床，其显示了特别良好的材料级联的功效。

根据本发明，该目的通过由至少三种具有不同居里温度的不同磁热材料的级联构成的换热器床实现，所述磁热材料按照居里温度的升高或降低而依次排列且优选通过中间的热和/或电绝缘体而相互绝缘，其中相邻磁热材料的居里温度差为0.5-6℃。

该目的还通过生产这类换热器床的方法实现，其中使特定热磁材料的粉末成型以形成热磁材料，然后将材料堆叠以形成换热器床，优选与热和/或电绝缘体交替，或将它们嵌入热和/或电绝缘体基质中。

已发现的是，根据本发明，当相邻磁热材料的居里温度差为0.5-6℃，优选0.5-4℃，更优选1.5-2.5℃，尤其是1.8-2.2℃，特别是约2.0℃时，不同磁热材料的级联可特别有利地操作。

在换热器床中，可存在至少3种不同的磁热材料，优选5-50种不同的磁热材料，特别是10-30种不同的磁热材料。

磁热材料的数目可根据实际需要和设备特征指导。较大数目的不同磁热材料可利用较宽的温度范围。

根据本发明，将磁热材料依序排列并优选通过中间的热和/或电绝缘体而相互绝缘。它们优选为热绝缘体，特别是同时为热和电的绝缘体。

例如根据EP-A-1736717的图7A，除了优选使用的热和/或电绝缘体之外，优选使不同的磁热材料相互直接空间接触，以使不存在通过管道相互连接的不同设备。

根据US 2009/0217675，额外的是材料不以螺旋形式存在。

各不同磁热材料的三维形式可根据需要选择。它们可为磁热材料颗粒的堆积床。或者，它们可为具有换热介质可从中流动的连续管道的堆叠的板或单块。合适的几何形状描述在下文中。

将各材料的床或各材料的板或单块的堆叠通过相互直接粘合或将一个堆在另一个顶部，或通过中间的热和/或电绝缘体相互分离而组合以产生本发明级联。