包括不具有包含铁和硅和镧系元素的合金的磁致热材料的整体部件和包括所述部件的热 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域为热设备领域，更具体地为磁冷发生器领域。
【背景技术】
[0002]一般而言，尽管基于气体压缩和膨胀的常规制冷技术的效率仍然不足的事实，冷加工解决了不断变化的需要并且目前占据了特别用于调节空气和食品储存的世界电力消耗的较大比例。
[0003]最早的制冷剂例如氨、二氧化硫、二氧化碳或氯甲烷对于人类和环境来说非常具有毒性。这些物质曾经被含氯氟烃替代，所述含氯氟烃本身由于其对温室效应的贡献和对臭氧层的破坏而在新千年的前几年被禁止。由于目前使用的氢氯氟烃持续以较小比例具有与之前的制冷剂相同的破坏作用，该问题仍然存在。
[0004]在本文中，因此在开发新型冷加工技术的过程中存在能量方面和环境方面的双重优点，所述新型冷加工技术能够一方面消除制冷剂气体而另一方面改进能量效率。可以特别引用的替代技术包括:热声制冷、热电制冷或甚至是磁制冷。
[0005]磁制冷依靠的是某些材料的磁致热效应(EMC)，所述磁致热效应(EMC)由当所述材料经受磁场时的温度变化而构成。因此使这些材料经受一系列磁化和退磁循环并且与传热流体进行换热以获得最宽的可能温度变化。所述磁制冷循环的效率超过常规制冷循环的效率约30%。
[0006]可以通过磁制冷实现的所述能量节约对于家用或工业空气调节或制冷应用来说是特别令人感兴趣的。
[0007]当材料的温度接近其居里温度时磁致热效应(EMC)达到最大，居里温度(Tc)为材料失去其自发磁化的温度。高于该温度，材料处于被称为顺磁状态的无序状态。
[0008]—些磁性材料例如礼、砷或某些MnFe型合金具有特别适合于上述应用的磁致热性质。
[0009]在这些合金(特别是基于Si的合金)中，根据所寻求的居里温度，已知的实践是能够使用基于LaFeSiCo或基于LaFeSi (H)的合金。在LaFeSi化合物中插入轻原子例如氢或钴可能是增加居里温度同时保持材料高的EMC效应的有效方式。由于所述材料的磁致热性质连同允许进行批量市场应用的生产成本(所述生产成本比诸如钆的材料的生产成本更有利)，所述材料是特别令人感兴趣的。
[0010]一般而言，为了利用所述磁致热材料的性质，磁冷技术依靠的是这些材料与可以基于水的传热液体的相互作用。
[0011]当将材料置于磁场中时所述材料几乎即刻加热，而当将材料从磁场中移除时所述材料以相似的热动力学冷却。
[0012]在这些磁变相位中，材料通过被称为传热液体的液体，所述液体将或者在所谓的磁化相位的过程中通过与材料接触而加热，或者在所谓的退磁相位的过程中通过与材料接触而冷却。
[0013]常规地，传热流体在存在于磁致热材料中的直线通道或出射孔中循环，该循环对应于流体的层流液压流模式，从而获得最大的交换表面积和最小的液压压头损失。
[0014]因此，循环包括:
[0015]-磁化相位(磁性状态=I);
[0016]-退磁相位(磁性状态=O)
[0017]其通过每个相位中可用的能量反映。
[0018]重复该循环直至数赫兹的频率。当频率增加时，通过装置传递的热功率(例如:7令却)也增加。
[0019]为了使该功率随着频率的增加而成比例地增加，需要在材料和液体之间具有能够增加该热流的换热特征。
[0020]由磁致热材料制成的部件的几何形状因此是保证所述部件和传热流体之间的最佳换热的重要条件，所述传热流体循环并且与所述部件接触。
[0021]已知的实践是使用层状结构的磁致热材料，所述层状结构的磁致热材料允许流体在所述叶片之间循环并且因此增加与传热流体的交换表面积。
[0022]因此需要可再现地、不断地并且非常精确地计量材料的所述叶片之间的距离从而最佳地控制换热过程。这需要使用共同叶片定位元件同时保证获得令人满意的换热特征所需的几何参数的控制。
【发明内容】
[0023]在本文中，本发明提出由磁致热材料制成的优化的部件结构和能够制备所述部件的方法，而目前展开的常规技术不能实现优化换热所需的形状比，因为在批量部件中要获得过小的尺寸。
[0024]更具体地，本发明的主题是整体部件(即由整块制成的部件)，所述整体部件基于至少一种不具有包含铁和硅和镧系元素的合金的磁致热材料，其特征在于:
[0025]-所述部件包括基部和一组N个单元叶片La，i，所述基部设置在由第一方向Dx和第二方向Dy限定的第一平面中，所述第二方向Dy与所述第一方向Dx成直角，所述叶片I^i固定至所述基部；
[0026]-所述叶片具有在所述第一方向上的第一尺寸I\ai，x，在所述第二方向上的第二尺寸D^y和在第三方向Dz上的第三尺寸D Lalz,所述第三尺寸Dw，z与所述第一和第二尺寸成直角；
[0027]-第i个叶片基本上平行于第(i+1)个叶片并且通过第i个距离Cli与第(i+1)个叶片分离；
[0028]-所述第二尺寸DwjP所述第一尺寸DLai,之间的比例大于或等于10 ;
[0029]-所述第三尺寸队_和所述第一尺寸D城之间的比例大于或等于6;
[0030]-所述第一尺寸队&与分离第i个叶片和第(i+1)个叶片的所述距离Cli具有相同的数量级。
[0031]特别合适的尺寸可以在如下范围内:
[0032]0.1mm < DLai?x^ 0.8mm ;
[0033]10mm DLai；x^ 10Omm ；
[0034]5mm < DLai，z< 25mm，并且优选为约 12mm。
[0035]根据本发明的一个变体形式，第i个叶片和第(i+1)个叶片之间的距离在约0.1mm和Imm之间。
[0036]有利地，本发明的另一个主题是包括两个根据本发明的整体部件的复合部件，所述两个部件首尾相连地嵌入，使得能够减少叶片之间的自由空间。
[0037]根据本发明的一个变体形式，所述叶片包括凸起上表面。
[0038]根据本发明的一个变体形式，所述基部包括在第i个叶片和第(i+Ι)个叶片之间的挖空表面。
[0039]有利地，空谷的轮廓可以为凹陷类型，以这样的方式优化空谷具有的曲率半径从而增强旨在在叶片之间循环的传热流体的速度。通常地，曲率半径可以为约0.1_。
[0040]通常地，整体部件的叶片的数目可以在十个左右和三十个左右的叶片之间。
[0041]应注意可能有利的是制造热发生设备，所述热发生设备包括在不同居里温度下操作的磁致热元件并且因此包括由不同的磁致热材料制成的部件，这些部件必须可以通过标记元件的存在容易地识别。
[0042]这解释了为什么根据本发明的一个变体形式所述一组叶片包括至少一个第三尺寸不同于其它叶片的叶片，从而能够构成所述整体部件的标记。所述一组叶片Lu、…、La，N中涉及的叶片i的定位是相对于给定的居里温度。
[0043]相似地，也可以在基部上合并区别标志，更具体地在该情况下，所述基部包括至少一个在第i个叶片和第(i+Ι)个叶片之间的表面，所述表面挖空的方式不同于其它挖空的表面，从而能够构成所述整体部件的标记。
[0044]有利地，在具有两个首尾相连地装配的块的构造中，第三尺寸大于所述块的其它叶片的叶片将装配在以适形尺寸挖空的基部中，所述适形尺寸将允许两个块的相对定位从而保证均匀并且符合规格的流体叶片厚度。这些值得注意的尺寸因此可以履行标记功能和定位功能或仅履行这些功能之一。
[0045]为了优化通过整体部件的流体流动构造，在所述基部的第三方向上的尺寸DE，Z和在所述基部的第二方向上的尺寸DE，y之间的比例在约1/5和1/30之间；
[0046]-在所述基部的第三方向上的尺寸DE，Z和所述第三尺寸1)%2之间的比例为约1/20 ；
[0047]-所述第一尺寸Dw，x优选基本上等于在所述基部的第三方向上的尺寸DE，z。
[0048]根据本发明的一个变体形式，所述基部由基部材料制成，所述叶片由至少一种磁致热材料制成，所述基部材料和所述磁致热材料不同。通常地，所述基部可以由非磁致热材料制成，所述非磁致热材料比磁致热材料更廉价。
[0049]根据本发明的一个变体形式，整体部件包括至少两个系列的由至少两种不同的磁致热材料制成的叶片。因此，通过混合例如不同的磁致热材料和因此混合居里温度，能够将部件及其热特征精细地调整至一组特定的规格。
[0050]根据本发明的一个变体形式，所述整体部件包括至少一种选自如下的磁致热材料:钆、MnFe族合金、MnFeSn合金和GdTb族合金。
[0051]根据本发明的一个变体形式，所述磁致热材料为包含至少一种第一磁致热材料的粉末和有机粘合剂的复合材料。
[0052]本发明的另一个主题是热模块，所述热模块包括至少一个磁致热元件，所述磁致热元件包括旨在被传热流体穿过的开口，其特征在于，所述磁致热元件包括至少一个根据本发明的整体部件或复合部件。
[0053]根据本发明的一个变体形式，所述模块包括装配有壳体的环形布置，所述壳体被整体部件填充。
[0054]根据本发明的一个变体形式，所述布置包括用于使流体通过的通道。
[0055]根据本发明的一个变体形式，所述热模块包括具有沿径向分布的分支的平坦圆盘结构，所述分支包括所述壳体和V形端部。对于所述构造，有利地，所述整体部件具有V形几何形状，在所述基部上的所述一组叶片至少部分地在第二方向Dy上折叠。
[0056]根据本发明的一个变体形式，所述分支以V