本发明涉及一种用于制造整体的磁热元件的制造方法。本发明还涉及一种如此获得的磁热元件。本发明又涉及至少一个磁热元件在一热设备中的使用以及包括至少一个这种磁热元件的所述热设备。
背景技术：
磁冷技术基于某些材料的磁热效果(emc)，其包括在磁热材料经受磁场时磁热材料的温度变化。因此只要使这些磁热材料经受一系列磁化和消磁循环以及利用载热流体实施热变化以达到最大可能的温度变化就可以了。作为示例，这种磁制冷循环的效率超过传统制冷循环的效率大约30％，这使得这种技术特别有利于室内空气调节或制冷应用。然而，这种技术可应用于非常多的热领域，如加热、温度调节、冻结、致冷等。
当材料的温度接近其居里温度时，磁热效果(emc)是最大的，居里温度(tc)是材料丢失其自发磁化时的温度。在该温度以上，材料处于所谓顺磁的无规律状态。
某些磁性材料如钆、镧或某些锰-铁(mnfe)型合金具有特别适于前述应用的磁热性能。在这些合金中，特别是硅(si)基的合金，已知根据寻求的居里温度使用镧-铁-硅-钴lafesico基的合金或具有氢的镧-铁-硅-钴lafesi(h)基的合金，在这些合金中将轻原子如氢或钴插入化合物lafesi中是一种增加和/或适应居里温度同时将材料的emc效果保持在高水平的有效方法。这些材料是特别有意义的，因为它们的磁热性能结合减少的制造成本，允许利用对于其天然的磁热效果公知的材料如钆获得的材料成本和环保影响方面更有利地大量应用。
通常，对于开发利用磁热材料的热性能，磁冷技术基于利用载热流体这些材料的交互作用，载热流体经常由优选水溶的液体构成。因此，在开发利用磁热效果的热设备中，使用能够使应用于磁热材料的磁场的强度变化的磁系统。在这些磁场强度变化的作用下，当磁热材料置于磁场中时或磁热材料经受增加的磁场强度几乎瞬时加热，以及当磁热材料从磁场取出时或当磁热材料经受减小的磁场强度时根据相同的热动力冷却。在这些磁相中，磁热材料被所谓载热流体流经，所谓载热流体在磁热材料磁化时沿着一方向移动以及在磁热材料消磁时沿着相反的方向移动，用以在载热流体中回收磁热材料的热量(用于加热应用)或将来自通过在所述磁热材料中建立温度梯度的热变化的热量带给磁热材料(用于制冷应用)。
因此，磁循环包括：
-磁化相位(磁化状态＝1)；
-消磁相位(磁化状态＝0)
其由在每一相位可自由使用的热能表现出来。
该磁循环重复直到多赫兹频率。当频率增加时，由磁热热设备输出的热功率(例如：制冷)也增加。
为了该热功率以与频率的增加成比例地增加，需要在允许增加该热流的磁热材料和载热流体之间产生热交换特征。
由一种或多种磁热材料制成的构件的几何形状因此对于确保在所述构件和与该构件接触流动的载热流体之间的优化热交换是必需的。然而，该几何形状由磁热材料决定和限制。实际上，天然的磁热材料或磁热材料合金根据其成分，具有延展性特征、机械强度特征等，这些特征是天然的磁热材料或磁热材料合金所固有的并限制了实施成特定形状以使得能够在磁热热设备中开发利用的能力。这些限制条件解释了目前由易于轧制或焙烧的磁热材料合金制成的板的主要发展(marché)所遇到的问题。这些板因此定位成例如在热设备中通过垫片彼此平行间隔开，以形成允许载热流体流动的笔直管道。还遇到通过烧结或焙烧方法由载热材料粉末、载热材料珠或载热材料球制成的多孔的载热材料块的问题。
公布文献ep2541167a2和wo2014/019941a1公开了通过磁热材料的压制成型的制造方法，所述制造方法不能根据适于目的应用的复杂的变化的几何形状制造磁热构件。
公布文献ep2762801a1、us2005/0241134、wo2008/099235a1公开了设置将呈粉末或珠形的磁热材料圈闭在金属围壳中的其它制造方法。该围壳必需具有非常高的导热率，用以允许在磁热材料和在围壳外部流动的载热流体之间的热交换。但是，金属围壳的存在在磁场的作用下会生成傅科电流，产生将干扰发电机的热性能的热量。金属围壳的存在还会产生将增加在磁热构件的热端和冷端之间沿着磁热构件的纵向方向的导热率的热流，具有使温度梯度下降的技术效果。磁热材料的优点是具有小的导热率，金属围壳的存在因此与所寻求的结果相抵触，即在磁热构件的相对端之间会产生温度梯度。
因此，存在能够布置具有磁热效果的磁热元件的需求，磁热元件的形状可以自由地选择并容易地适应磁热元件用于布置于其中的热设备，同时磁热元件允许实施简单且经济的制造方法以及确保在磁热元件的整个使用寿命循环期间的机械强度和耐用性。
技术实现要素：
在本文中，本发明的目的在于满足上述的限制条件以及提出了一种用于制造磁热元件的制造方法，所述制造方法允许容易地且减少成本地赋予磁热元件适于需要的形状，而该形状既不被磁热元件所包括的具有磁热效果的材料的物理和机械限制条件决定也不被其限制。
为此，本发明涉及一种前面提及的类型的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括以下工序：
i)由至少一种机械耐压材料制造至少一个支承件的制造工序，用以形成向所述磁热元件确保机械强度的机械芯体，以及
ii)由至少一种具有磁热效果的磁热材料至少部分地覆盖所述至少一个支承件的覆盖工序，用以形成向所述磁热元件确保待实施磁热效果的热表面，
其特征在于，所述覆盖工序ii)在于将所述至少一种具有磁热效果的材料紧密地连结至所述支承件，用以形成整体的磁热元件，在所述磁热元件中所述至少一个支承件和所述至少一种磁热材料是不能分离的，
并且，所述至少一种机械耐压材料的导热率小于所述至少一种具有磁热效果的材料的导热率。
覆盖工序在于将载热材料机械连结甚至紧密连结接至支承件，以便制造呈整体构件形式的磁热元件。
有利地，这种整体的磁热元件因此包括确保机械强度的芯体和确保待实施的emc的能力的热表面。
在目前的陈述中，磁热材料指的是通常具有磁热效果的材料，这些材料可以是相同的或不同的，即具有相同的或不同的居里温度。特别是可以产生具有不同的居里温度的磁热材料的相邻区域，用于沿着载热流体在磁热元件上流动的方向增加或降低的温度梯度。
所述制造方法可以在于以下面构型之一制造支承件:线性的构型、两维的构型、三维的构型；以及根据以下形式之一制造支承件:实心板、网格、钻孔板、织物、画布、线缠结物、材料带、网状物、柱体。支承件可以包括一平表面或两个平行且相对的平表面。在这种情况下，覆盖工序可以在于由一层所述至少一种磁热材料部分或全部地覆盖所述支承件的平表面之一或两个平表面。
制造方法还可以包括这样一工序：将制造盖有磁热材料的多个支承件，在这多个支承件之间设置至少一个用于载热流体的通道，以及如此形成准备用于安装在热设备中的热元件。
在实施变型中，制造方法还可以包括这样一工序：将覆盖有磁热材料的所述支承件折叠，以便在每个褶中形成至少一个用于载热流体的通道。
根据本发明的制造方法可以在于通过选自以下方法的方法之一来实施覆盖工序ii)：电解、催化、烧结、静电作用、丝网印刷、2d或3d印刷。这允许实施支承件和磁热材料之间的紧密连结，磁热材料施用在支承件上以形成整体的磁热元件。
在实施变型中，制造方法在于通过在所述支承件上喷撒磁热材料粉末和通过将所述支承件浸没在磁热材料粉末浴中来实施覆盖工序ii)。
所述制造方法包括在喷撒或浸没之前实施的一工序：在所述支承件上至少部分地沉积一层选自胶水、树脂、粘附剂的粘结剂。
覆盖工序ii)可以在于沉积粘结剂和磁热材料粉末的混合物。
支承件可以用以下方法之一制成：焙烧、轧制、冲压、压制、模制、注塑、吹制、热成形、辊轧、滚压成形、机加工、切割、冲压、2d或3d打印。
根据本发明，支承件可以由选自以下材料的一种材料制成：合成材料、复合材料、陶瓷、玻璃纤维、天然材料、人工材料、上述材料的组合物。
本发明还涉及一种用于热设备的整体的磁热元件，其特征在于，所述磁热元件根据如上限定的制造方法制成；并且，所述磁热元件包括至少一个具有机械耐压性能的支承件，支承件部分或全部地由至少一种具有磁热效果的磁热材料覆盖。
本发明涉及至少一个如上限定的整体的磁热元件在热设备中的使用。
本发明最后提出一种包括至少一个如上限定的整体的磁热元件的热设备，所述热设备用于被流动的载热流体流经，所述热设备包括设置成使所述磁热元件经受磁场变化和在所述磁热元件中交替地产生加热循环和冷却循环的磁布置。
附图说明
在以下参照附图对多个作为非限制性示例给出的实施方式的说明中，本发明及其优点将更好地显示出来，在附图中：
-图1示出板形的支承件，在该支承件上喷撒有粉末状的磁热材料；
-图2是由根据图1中所示的方法制成的多个板构成的磁热元件的视图；
-图3示出通过折叠已覆盖有磁热材料的板制成的磁热元件；
-图4示出根据另一实施变型制成的磁热元件；
-图5示出两个头尾相嵌接的图4的磁热元件；以及
-图6示出呈覆盖有磁热材料的线形的支承件的网格或缠结物形式的磁热元件。
具体实施方式
本发明涉及一种允许制造磁热元件e1、e2、e3、e4的制造方法。该制造方法主要在于制造支承件和使支承件部分或全部覆盖有磁热材料，因此允许磁热元件的磁热功能与机械结构功能分离。支承件的作用是因此确保在磁热元件e1、e2、e3、e4的使用寿命中机械强度，换言之形成其机械芯板。制成该支承件的材料能够确保使用寿命中的机械保持且不需要具有磁热功能或磁热效果。该材料的导热率优选小于磁热材料的导热率，如例如小于10瓦/米千克，以不会产生对温度梯度的建立有害的寄生热流。该材料可以特别是热绝缘材料，如例如合成材料、由载料(charge)强化或未由载料强化的玻璃纤维、复合材料、陶瓷、天然材料、人工材料、上述材料的混合物。该材料可以是例如编制品或非编制品。该材料还可以具有磁热效果，如果该材料由具有磁热材料颗粒的复合材料形成。这些材料实例当然不是限制性的，其要点在于制成的支承件的机械性能，其必须具有一定的硬度以承载磁热材料，用于引导在获得的所述磁热元件两侧流动的载热流体，而不会损害温度梯度。
有利地，鉴于构成支承件的材料的选择主要由其机械强度决定，就形状而言的可能性远大于实际情况下磁热材料本身被加工、机加工、成形等以形成磁热元件的可能性。实际上，在现有技术中，该磁热材料实际上同时确保耐抗机械冲击的机械功能和磁热热功能，即在机械冲击下产生磁热效果的能力。
为此图1示出呈例如合成材料如热塑性材料制成的板形的支承件s1，其不具有任何磁热效果。该支承件s1可以例如通过压制、模制、注塑、吹制、热成形、轧制、辊轧、滚压成形、焙烧、机加工、2d或3d打印或类似方法获得。当然，该支承件s1可以由任何其它对于其机械功能可兼容的具有或不具有磁热效果的材料制成。在图1的实施例中，粘结剂与磁热材料粉末的混合物1在所述支承件s1的表面上雾化。该混合物可以根据所需求的结果或者在其仅一个面上雾化以形成仅一个磁热材料层，或者在其平行相对的两个面上雾化以形成两个布置在支承件s1两侧的磁热材料层。因此非常容易地获得由支承件s1与磁热材料1粉末的组合形成的一磁热元件e1。有利地，磁热元件e1同时具有机械硬度和稳定性以及磁热效果。在实施变型中，支承件s1可以浸入到磁热材料粉末浴中，该磁热材料粉末可以通过气体如空气保持流体状。与磁热材料粉末相关的粘结剂可以是胶水、粘附剂、树脂或类似粘结剂。
目的在于将磁热材料1与构成支承件s1的材料紧密连结以便形成整体的磁热元件e1，在该整体的磁热元件中支承件和磁热材料是不可分离的。烧结工序有时对于获得该目的是必须的。在未示出的其它实施例中，在磁热材料与构成支承件的材料之间的紧密组装还可以通过其它的方法如电解、催化、烧结、静电作用、丝网印刷、2d或3d打印获得。
磁热材料不是必须呈粉末形式，而是可以同时根据构成支承件的材料和制造方法呈球、颗粒、片体、片剂、板片、片材等形式。
热元件10因此可以包括多个这样的呈板形式的磁热元件e1，这多个磁热元件例如彼此平行布置并通过垫片2间隔开，以便形成允许载热流体通过的平直的管道。这种热元件10在图2中示出。该热元件10可以由一个三维的磁热元件e1获得或由通过垫片组装在一起的多个平面的磁热元件e1获得。垫片2可以是附接在磁热元件e1上的构件或集装到磁热元件中的构件。垫片可以通过任何公知的可兼容的3d打印方法例如压印在磁热元件e1的表面上。
呈板形式的该支承件s1还可以在不同位置沿着彼此平行的褶折叠，以便在不同的褶之间界定用于载热流体的通道。如此获得的整体的磁热元件e2在图3上示出。
三维的磁热元件e3还可以由包括底座3的支撑件制成，彼此平行并限定用于载热流体的薄片4从该底座开始延伸。对于这样的支撑件，覆盖理想地通过将所述支承件浸入磁热材料粉末浴中实施。如此获得整体的磁热元件e3，如在图4中所示。当通过头尾相嵌接将两个根据图4的磁热元件e3组装在一起时，获得根据图5的新的热元件20。在该特定构型中，在薄片4之间的自由空间减小到0.1mm，而这利用已知的制造技术实际上是不能实现的。
最后，图6示出由形成一支承件的多个半刚性的丝制成的整体的磁热元件e4，半刚性的丝覆盖有磁热材料并且彼此缠结在一起，载热流体可以流动穿过这些半刚性的丝。
附图示出待实施用于根据本发明的方法制造磁热元件e1、e2、e3、e4的可行的多种形状。当然，在附图中示例的矩形板体形状仅仅是一示例而不是限制性的。该矩形形状可以由另一几何形状构成，或者由借助于磁热元件中磁热部分与机械部分的分离的任何形状构成。这样，支承件的形状可以通过冲压、冲孔、通过任何方式如激光、水喷注等的切割而获得。支承件可以特别是线性的、二维的或三维的，如例如柱状的。这些实例当然不是限制性的。
本发明还允许非常简单地制造磁热元件e1、e2、e3、e4，磁热元件的温度梯度通过在支承件上沉积具有不同的居里温度的不同的磁热材料而增加，目的在于建立相邻的区域，在这些相邻的区域中不同的居里温度布置成沿着载热流体在所述磁热元件上的流动方向升高或降低。该沉积可以包括这些不同的磁热材料的沉积，这些不同的磁热材料的沉积或者呈部分或全部叠置和沿着载热流体的流动方向错开的层，每一层由磁热材料的一种构成，或者在同一层中并排，或者呈这两种沉积技术的结合。
工业应用的可能性
由本说明书可清楚地知道本发明允许达到固定的目标，即使磁热元件e1、e2、e3、e4的磁热热功能与机械强度和结构功能分开，磁热元件用于在其经受变化强度的磁传导时产生磁热效应。借助于本发明的制造方法，可以实施这样的磁热元件，磁热元件的形状独立于磁热元件所包括的或构成磁热元件的磁热材料的机械特征，因此提供了改进磁热热设备的热效率的新的可能性。
本发明不限于描述的实施例而是能覆盖对于本领域的技术人员显而易见的改变和变型。