专利名称：磁性换热制品及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性换热制品及其制造方法，特别是有关一种适用于磁制冷系统的磁性换热制品。
背景技术：
磁热效应(Magnetocaloric Effect)是说明磁制熵变(Magnetically Induced Entropy Change)对吸热或放热的绝热转化(Adiabatic Conversion)。因此，将一磁热材料置于一磁场时，可以诱导熵变来造成吸热或放热。通过控制此磁热效应，就可以制冷及/或供热。
磁性换热技术的优点是，在原理上，相较煤气压缩循环/膨胀系统，磁性换热器是一个有效率的能源。且，磁性换热器对环境生态而言是较为友善的，即不使用臭氧耗尽化学品如氟氯化碳(CFC)。
如美国专利6,672,772公开的磁性换热器，在基础上包括一泵式再循环系统、一磁性换热介质如冷却液、一腔室塞满由磁制冷工作材料组成的制品来形成磁热效应，以及一装置对该腔室产生磁场。
近几年来，像La(Fe1-aSia)13、Gd5(Si，Ge)4、Mn(As，Sb)及MnFe(P，As)基合金材料已经发展到居里温度(Curie Temperature，TC)可以达到或接近室温，其中居里温度是指该材料在磁性换热系统中的工作温度。所以，这些材料适合用于如建筑环境控制、家庭与工业用冰箱及冷冻室，如同执行一自动环境控制。
这些材料的未来发展已经朝向化合物的优化来增加熵变以及加大产生熵变的温度范围，且实现小型化磁场的应用，来获得充足的冷却效果及稳定的制冷，进而取得较大的温度范围。这些测量是为了简化换热系统的设计，使用永磁材料来产生小型磁场，而不使用电磁或是超导磁体。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种磁性换热系统的制品，其制造是可靠且符合成本效益的，以及可制成适合磁制冷系统使用。
本发明的另一目的在于提供一种制造磁性换热制品的方法。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达到上述的目的或是其它目的，本发明采用如下技术方案一种磁性换热制品，包括一罩盖包覆至少一芯体。在一实施例中，该芯体包含复数个具有磁热活性材料的晶粒。这里的磁热活性材料是定义成一种遇到磁场会受到熵变的材料。
举例而言，熵变有可能是因为由鐡磁性转变为顺磁性所造成的。该磁热活性材料可以只在部份温度区域中显示一拐点，这拐点是对应磁场的二级磁相变符号由正转负之处。
该磁热活性材料是被包覆在该罩盖中，其中该罩盖提供了一具有特定厚度的外包层围绕着具有磁热活性材料的芯体。本发明的制品是成层状或层板状结构，而不是多数个分离晶粒组成的磁热活性矩阵结构或是多数个磁热活性材料颗粒嵌入该矩阵结构中。该芯体的晶粒或颗粒是可以连接邻近晶粒或颗粒的。该制品的长寛比大于1.2. 本发明具有下列优点(1)无论以晶粒或颗粒的形态被包覆于该罩盖中，可以避免在一些特别情况下于磁性换热系统中使用磁热活性材料颗粒所带来的问题，因此可以保护该磁热活性材料颗粒不会直接接触到冷却介质或是传热液。(2)该晶粒或颗粒不会受到流体移动的冲击而损伤，所以不需要压碎成细粉末，因为细粉末容易堵塞这换热系统的其它部件如泵。(3)这罩盖可以防止磁热活性材料直接接触冷却介质所可能带来的锈蚀，所以不需要在个别颗粒上涂敷一外加的保护层，如此不仅可以增加这磁热活性材料的使用寿命，还可以增加该磁换热系统的成本效益及使用的方便性。
本发明的制品包括罩盖及至少一芯体，因此具有机械完整性，可以带来简化换热系统设计的好处，即不需要使用容器来容纳磁热活性材料。其次，该制品可以制造成各种形状，如薄片、板材或取决于制冷系统或换热系统的大型主体，因此可以避免一外加容器容纳的粉末或特别形状所带来的问题，如以熔铸法制造，特别是熔体旋淬(meltspinning)制造的材料在尺寸上会受到限制。
这制品可以是一种换热器、冷却系统、建筑或车辆的空调单元、特别是汽车、或是建筑或汽车的气候控制设备的组件。这气候控制设备在冬天时可以当作一个供暖器使用，在夏天时反转该冷却液或换热媒介质的方向就可以当作一个冷却器使用。这对汽车或其它类型车辆有一个特别的好处，就是在车架内用于容纳气候控制设备的相同空间可以受到车辆设计的限制。
本发明也提供一种制品的芯体包含数个颗粒，这些颗粒包含一磁热活性材料的前体以提供该磁热活性材料的化学计量。这制品可以作为一半制成品。
这制品先处于一适合发生前体化学反应以及在罩盖中形成一或多个磁热活性相态的状况下，然后进行一热处理，这热处理可以提供芯体的反应烧结。
这前体可以包括数个颗粒的混合物，每一个颗粒含有数个不同组合物的其中一种组合物。这前体也可以包括数个颗粒，每一个颗粒含有单一化学元素或二元合金或三元合金。
前体粉末的化学计量组成可以选择或调整成所需的相态或是取决于该前体的个别组成组合物并经过反应烧结热处理之后的相态。
在一实施例中，该磁热活性材料的居里温度范围是从220K到345K。当这磁热活性材料使用于一磁性换热系统时，这磁热活性材料的操作温度大约就是它的居里温度。具有居里温度范围从220K到345K的磁热活性材料适合用于如取决于所需操作温度及操作温度范围的家庭及商业用冷冻系统、制冷系统、空调或气候控制系统中。
该磁热活性材料可以是Gd、La(Fe1-aSia)13基相、Gd5(Si，Ge)4基相、Mn(As，Sb)基相及MnFe(P，As)基相、Tb-Gd基相、(Pr，Nd，Sr)MnO3基相，以及Pr2(Fe，Co)17基相的其中一种。这些基础组合物还可以包括一些化学元素取代部份或全部的上述元素。这些相也可以包括一些元素，其中至少一部份元素间质性的容纳于晶体结构中。这些相也可以包括一些杂质元素及少量的元素如氧。
该罩盖围绕该芯体以及可以包括一种用于改善多项问题的选择性材料。该罩盖可以提供该制品所需的机械强度，特别能用于芯体包含一磁热活性材料前体的实施例中，其中该磁热活性材料的前体尚未反应形成所需的磁热相，所以在该制品进行反应烧结处理前，更能简易运送及工作。
该制品可以包括数个芯体嵌入一矩阵中并被该罩体所包覆。该矩阵及罩体可以包括相同或不同的材料。
该罩体可以包括两个或多个分层，每一个分层具有不同的性质。例如，一外罩盖可以耐锈蚀，以及一内罩盖可以增强机械强度。该罩盖也可以选择具有高导热性以增加从芯体到传热介质的传热效果，其中该传热介质是位在该制品适用的换热器中。
该罩盖可以包括一种熔点高于1100℃的材料，这使该芯体的反应烧结处理的温度可以上升到仅低于该罩盖的熔点。
该罩盖可以包括铁或铁硅合金或镍或钢或不锈钢，其中不锈钢有高耐蚀性的好处，而铁具有价钱便宜的好处。
如果将磁热活性材料填入该罩盖中且特别不对该制品施行热处理，该罩盖的材料的熔化温度可能会低于1100℃，而且如果该制品不加热，可避免该罩盖及芯体之间发生不需要的化学反应，这将可以增加多种适合作罩盖的材料。
该罩盖可以选择具有高导热性的材料，这将能增加该制品及冷却液的换热介质之间的传热效率。该罩盖可以包括如铜或铜基合金或铝或铝基合金。
如果需要在磁热活性材料的前体还没反应形成磁热活性相或多相态之前先将该磁热活性材料的前体填入该罩盖内，该罩盖可以选择会与芯体进行部份反应的材料来产生所需要的相。例如，可以选择铁硅合金置于邻近该芯体的位置以促使该芯体与该铁硅合金之间发生反应。据此，可以调整该芯体的前体组合物，使该芯体的最终反应烧结材料得到所需要的组合物。
也可以提供该罩盖及矩阵两者其中一个是可塑性变形的，这将可以使用现有粉末套管(Powder-in-tube)为基础的制作方法来制造该制品。该制品也可以作成各种形状如一线带或一线材或一可拉长的板材。该制品也可以具有弹性并通过简易的机械加工处理如绕线及折弯以形成各种线圈及层板。
使用该罩盖包覆该芯体的所有侧边以形成单一长条形制品，并绕成螺线状或片状的绕线，特别可以用在不需要切割的应用上。切割该制品的缺点是会让芯体从罩体的切割边曝露在外，使此该区域可能会因为芯体的稳定性及所受环境的影响而发生侵蚀或破坏。如果该芯体的其中一部份曝露出来而需要保护，还可以使用一外保护层。这外保护层可以只放置于该芯体的曝露区域上或使用一外加的保护层涂覆及密封该整个罩盖。将制品作成所需式样的成型处理可以用来取代先前或之后的反应烧结处理。
数个制品就可组成一换热器所需的制品，其中每一个制品包含了至少一个具有磁热活性材料或其前体之芯体，以及具有不同的居里温度(Tc)或者是当反应烧结后磁热活性相造成一居里温度(Tc)时的整个组合物，这优点是可以增加使用该制品的换热器的工作温度范围，因为它的居里温度(Tc)可以作为工作温度。例如数个片状绕线可以排列成一堆栈，其中每一个片状绕线包括一条由不同居里温度(Tc)的磁热活性相组成的线带。
在这制品的一个用于导引换热介质流动的表面上也可以形成一个或数个通道。这些通道位在该罩盖的表面上，通过表面的塑性变形如压辊，可以很简单的制造出来。另一种制造方式是通过材料移除如切割或铣削。
在制品表面形成信道及其位置的相同方式可以用于决定通道的宽度及深度，使这一个或数个通道能导引一换热介质的流动。
这一个或数个通道可以增加该制品及冷却剂之间的接触面积，所以能增加传热效率。这通道还可以降低冷却剂流体或换热介质中的涡旋形成以及冷却剂的流动阻力以改进传热效率。根据另一实施例，该制品的至少一表面上形成数个平行的信道。
如果一前体是被包覆在罩盖中，这一个或数个通道是可以在反应烧结处理之前或之后出现。
本发明也提供一种换热器具有根据前述实施例的制品。
发明也提供一种层板状的制品，具有两个或多个具有一罩盖及至少一芯体并根据前述实施例的制品。这层板结构可以是来自数个简单制造的单一制品到数个大型可组合的组件。该层板的数个制品的芯体包括磁热活性材料或其前体。
根据另一实施例，该层板状的制品还包括至少一间隔块位于数个相邻制品之间。如果该层板状制品包括了”N”个制品，就可能包括了”N-1”个间隔块，这间隔块使该层板的每一个内部制品是与其邻近制品分离。另一种方式是该层板状制品包括了”N+1”个间隔块，且使间隔块的位置邻近于一制品的每一侧边。
该间隔块可以提供该该层板状制品一种开口式的结构，使换热介质或冷却剂流动于该层板的各分层之间，可以增加该层板状制品的断面积以及增加从该层板到换热介质的传热。
该间隔块可以是各种式样。根据另一实施例，该间隔块是该制品整体的一部份以及可以通过一制品表面的一个或数个突出区域来形成该间隔块。可以通过在该制品表面上的一个或数个凹陷，使每两个凹陷之间的表面形成数个突出区域。根据另一实施例中，可以通过在该制品表面上的数个凹槽来形成该数个突出区域，且该数个凹槽大制上可以互呈平行。
根据另一实施例中，该间隔块可以是一种外加的零件位于该层板堆栈的数个相邻分层之间。该外加零件可以是一种惯用零件。在另一实施例中，该间隔块可以是一波形条带位于数个略呈扁平的制品之间以形成一个相似于惯用硬纸板的结构。
根据上述的其中一实施例，该间隔块可以包括一个具有罩盖及磁热活性芯体或是其前体的制品，这将能增加该层板状制品容纳磁热活性材料的容量以及增加该换热系统的工作效率。
如果该间隔块是一波形条带，将可以用现有技术制造该条带的波形部位，或者这些条带大制上是相似于该层板状制品的扁平构件。
这外加的间隔块构件可以提供或适合提供一个或数个通道用于导引一换热介质的流动，它的优点是可以增加换热效率。
数个信道大制上是互呈平行且是形成于该制品的其中一个或数个表面上或如同是外加间隔块的形成。根据另一实施例中，该层板状制品的数个相邻分层的数个通道互呈正交排列，使该换热介质交叉流动以增加换热器的工作效率。
该层板状制品可以是一种换热器或制冷系统或气候控制设备或控调单元或是一种工业用或商业用或家庭用冷冻库的一个组件。
本发明也提供一种换热器包括了至少一个根据上述实施例的层板状制品。
本发明也提供一种磁热活性复合材料制品的制造方法，包括 提供一种磁热活性材料或其前体； 提供一罩盖；以及 使用罩盖包覆该前体的粉末以形成一种复合材料制品。包覆于罩盖内的粉末可以压密成一个压块或形成一疏松粉末。该压块可以与该罩盖分开制作或在罩盖之中分层压制。
该罩盖可以是各种式样。该罩盖可以是一种套管或是一种略为扁平的封套，也就是结构的至少有一侧边具有一开口或者像两个平板或薄片。
在粉末被包覆于该罩盖内之后，可以通过缝焊接或焊接封管方式将该套管末端与一个管塞连接以密封该罩盖。在密封该罩盖之前，可以先对该复合材料制品施以除气热处理(Degassing heat treatment)以去除如不必要的水分、氢气及氧气。然后该复合材料制品可以用于一换热系统中。
根据另一方法实施例，可以对该复合材料制品施以机械变形处理以增加该复合材料制品的尺寸如同是增加该芯体的密度。通过机械变形处理的复合材料制品可以为磁热活性组件提供高填充系数的粉末，这将使该加大尺寸的复合材料制品具有较好的冷却能力。可以通过一种或多种习用方法如滚轧、型锻及拉制的处理使该复合材料制品机械变形。也可以分级进行多级变形退火。也可以是一种或多种机械变形过程中，取决于该罩盖如粉末的相关硬度及退火情况，进行一次或多次中间退火热处理以软化该罩盖。这退火热处理可以轻易的软化金属及/或合金，且此退火热处理期间不会发生化学反应以形成磁热活性相。一般热处理大约是以该材料的熔点温度的50％进行操作。
如果磁热活性粉末已经填入该罩盖内，该制品一样可以进行机械变形或退火处理并用于换热系统中。
当磁热活性粉末已经填入该罩盖内并已进行一种或多种机械变形处理之后，如果有需要，该复合材料制品可以进行热处理。于一具有磁热活性材料的芯体的实施例中，可以通过热处理改进该磁热活性材料的性质。如果该磁热活性相的前体是被该罩盖包覆，可以通过热处理使前体形成该磁热活性相，所以热处理的条件可以取决于该材料如同该前体的形式，且前体粉末的热处理可以比照如反应烧结的处理。
如果该前体粉末是被该罩盖包覆，可以进行一次或多次一级机械变形处理，或进行一级反应烧结热处理以使该粉末的一部份起化学反应，或进行一二级机械变形处理之后再进行一二级反应烧结热处理。在原理上，可以执行任何次数的反应烧结及机械变形处理。
该罩盖的一表面上可以形成至少一个通道。可以通过如型材滚轧或铣削来切除罩盖材料，使这复合材料制品的至少一表面上形成一个或数个通道。根据另一实施例，可以在该表面上形成数个凹槽，且通过一个突起(ridge)分隔每一凹槽与其邻近的凹槽，该数个突起与凹槽大制上是互呈平行的。
于执行该烧结处理之前，该复合材料制品的一表面上可以先形成通道。
本发明也是有关一种复合材料制品的制造方法，其中该复合材料制品是使用两个或多个根据上述实施例的制品制造的。
通过两个或多个复合材料制品组成一堆栈式的层板以形成一层板状制品。可以通过焊接或取决于这层板接下来所受的热处理或低温接合技术如硬钎焊或钎焊，将这些制品接合在一起以形成具有单一固定分层的层板状制品。
该层板状制品可以制成一种活性组件的形式，适合供换热器或气候控制设备使用，如该活性组件是呈一种肋片形状。
于一些实施例中，该层板状制品的数个分层之间可以形成至少一间隔块。于一第一实施例中，可以使用每一个制品的一个或多个表面形成的一个或多个通道来产生该间隔块，其中正如前述，可以通过型材滚轧、压制、火花切割或铣削的方式制作出这些信道。这些通道允许换热介质流经该复合材料制品以改进该换热介质与该复合材料制品之间的接触面积以及改进换热特性。
于另一实施例中，该间隔块可以具有一种外加构件的形状，其中该外加构件位于该层板的数个邻近分层之间。例如该间隔块可以具有一种间隔定位块的形状或习用的形状或一种波形条带的形状。通过滚轧一位于两个啮合轮齿之间的扁平条带以形成一波形条带，其中该两凸轮的啮合轮齿之间保持一适度的间距。该间隔块本身就可以包括磁热活性材料，也可以是根据上述实施例的制品。
该层板状制品的数个通道的排列可以导引该换热介质的流动，使流动减少以取到最高的换热效率。于另一实施例中，该层板的每一分层包括一个制品，该制品的一表面形成数个约略平行的凹槽，该层板的数个邻近分层的数个约略平行凹槽大制上还互呈正交排列。如果使用一外加间隔块，位于这数个邻近分层之间的间隔块也可以提供数个约略互相正交的通道。
如果该磁热活性相的一种或数种前体是被包覆于该罩盖中，可以在执行热处理以使芯体形成一个或多个磁热活性相之前或之后组合该层板状制品。在这些制品已经组合完成并接合在一起之后，使用部份反应的复合材料制品以及通过最终反应烧结处理的层板来组合成该层板状制品。该层板状制品可以通过压力进行反应烧结处理。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
图1显示一种依据一第一实施例制造换热器的肋片的步骤，其中一种磁热活性材料的粉末被包覆于一金属罩盖内以形成该换热器的一复合材料制品。
图2显示图1的复合材料制品的机械变形。
图3显示通过型材滚轧图2的复合材料制品以制造出一间隔块。
图4显示多个如图3所示的复合材料制品组合成一个层板状制品。
图5显示一种根据一第二实施例的层板状制品，其中该间隔块是一外加构件。
具体实施方式
下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向或为便于说明及理解。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
请参阅图1到图3，是显示一种根据本发明一第一实施例的磁性换热制品如复合材料制品1的制造，该复合材料制品1包括一单一芯体6。
如图1所示的此实施例中，，该复合材料制品1包括一种或多种磁热活性La(Fe-Si)13基相，以及可以通过一铁罩盖5及粉末4的数量制造出来，其中该粉末4包含此单一或多种磁热活性La(Fe-Si)13基相。
该粉末4排列在该铁罩盖(或是护套)5内以包覆并密封该粉末4。该罩盖5的数个边框可以通过焊接连在一起，形成一封闭的容器，使该罩盖围绕住该磁热活性粉末4的芯体6。
所提供的粉末4如同是一个压坯，具有一定程度的机械完整性。然后这压坯被包覆于该罩盖5内。于另一实施例中，所提供的粉末4也可以如同是一种疏松粉末分层压入该罩盖5内。
该罩盖5可以是一种套管的形状，其中一末端或两个末端具有开口，或者是一种封套的形状，其中一侧边形成开口，或者是一种薄片的形状，缠绕于该前体粉末4。于该机械变形处理过程中，可以通过焊接或钎焊或硬钎焊方式将罩盖5上的条缝密封起来。
该粉末芯体6与铁罩5之间最好的质量比要至少为’4’，它的优点是让该复合材料制品1的填充系数尽可能的提高，以增加该复合材料制品1的每一单位容积的冷却功率。
通过前述处理过程之后，该制品1可以作为一磁性换热系统的一活性组件。
于另一实施例中，当该粉末4被压入该铁罩盖5内之后，于该制品1执行机械变形处理之前，通过将这组合放入一真空空间内进行一种除气热处理(Degassing heat treatment)，以去除不必要的空气以及其它挥发性组成，否则这些挥发性组成会被留于该铁罩盖5内。
如图2所示的另一实施例中，接着通过对该复合材料制品1的机械变形处理以致密该包含前体粉末4的芯体6，其中可以使用习用的机械变形处理如滚轧、型锻及拉制的方式。如果该最初的合成物具有如图2所示的一板状结构，可以轻易的使用滚轧方式来处理。但是如果该最初的合成物具有一管状结构，可以使用型锻或拉制的方式，如果这已变形的复合材料制品还需要形成一板状或带状样形的话，可能要接着使用滚轧方式来处理。这种制造方式可以视为是一种粉末套管(Powder-in-tube)制作方法。
此实施例中，为了方便施行机械变形处理，该罩盖5还包含了铜，因为铜可以很轻易的加工、延展及还具有高导热性，可以用于改进从该磁热活性芯体6到该磁性换热器的换热介质之间的热传导。
通过机械变形处理的复合材料制品1的厚度属于毫米(millimeter)级或小于毫米级，且这复合材料制品1是一种板材的形状。
于另一实施例中(图中未显示)，该罩盖5包含了两层或多层的不同材料，它的优点是其中一内罩盖具有可以与该磁热活性材料或其前体共处的化学兼容性。这实施例特别适用如果该制品1是需要进行热处理。这化学兼容性可以用于显示该罩盖5与芯体6之间不会发生不需要的化学反应，因此可以将不需要的化学计量去除。另一外罩盖可以具有与芯体6的化学兼容性，但具有机械稳定性及防锈的特性。这外罩盖可以具有一种相似于前述实施例的薄片或套管形状。另一实施例中，可以用涂层方式将外罩盖形成于该罩盖5上。
于另一实施例中(图中未显示)，该复合材料制品包括了一罩盖及数个芯体，其中可以通过压制数个复合材料制品以及将其封入一第二外罩盖内以形成该数个芯体。然后在执行一反应烧结热处理之前，这新的多芯体结构可以先进行机械变形处理步骤。
除此之外，还可以将数个以金属合金薄板分隔的前体压坯组成一堆栈，形成一最初步的多芯体结构。接着，以一外罩盖围绕该堆栈组合与该已机械变形的多芯体结构。
于另一实施例中，填入罩盖5内的粉末4可以是一种La(Fe-Si)13基相的前体粉末。可以提供一定数量的各种前体粉末作为La(Fe-Si)13基相的化学计量，但该前体粉末不含任何数量的磁热活性La(Fe-Si)13基相。
于该复合材料制品1进行热处理的过程中，芯体6的前体粉末4是进行反应烧结处理以产生一具有磁热活性La(Fe-Si)13基相的芯体，其中该磁热活性La(Fe-Si)13基相被包覆于该罩盖5内。不过，是可以进行机械变形处理之后再进行该热处理的。
如果一前体粉末4需要被包覆于该罩盖5内，适合制作罩盖5的材料可以是钢、不锈钢、镍合金及铁硅合金，其中使用不锈钢以及镍合金的优点是可以抗锈蚀且可以为前体与活性La(Fe-Si)13基相两者提供了一具保护效果的外部涂层。如果该罩盖5需要进行热处理，制作罩盖5的材料在工作温度上以及一些处理条件下必须保有化学及物理稳定性。如果此填入罩盖5内的粉末4已经完全反应，也可以使用上述的各种材料。
该复合材料制品1可以制成一种活性组件的形式，适合一种供制冷系统使用或供一种换热器使用或供一种气候控制设备使用或供一种结合数个磁热活性复合材料制品的层板状制品或复合材料制品或其它复合形式制品使用。
如果需要形成两个或数个复合材料制品，该每一制品可以通过调整La(Fe-Si)13相的组合物以产生不同的居里温度(Tc)，其中通过前述调整该前体粉末混合物的化学计量的方式，就能调整此La(Fe-Si)13相的组合物。
具有单一罩盖5及一个或数个芯体6的复合材料制品1还可以制成换热器所需要的组件形状。例如，可以制成一长条形的条带或线材，然后绕成一种线圈或卷筒形状，其中这线圈可以是一种多层的筒形线圈形状或是一种扁平的片状线圈形状，且多个片状线圈可以组成一堆栈以形成一圆柱状的组件。于另一实施例中，这条带或线材可以环绕成常见的形状，像是方形、矩形或六角形。但是如制成多个板材或板状的形状，可以将这些板材堆栈成具有所需厚度及尺寸的层板结构。在这些实施例中，不同的分层可以通过焊接或钎焊方式连接在一起。还可以通过冲压该复合材料制品1外部以制成所需要的形状如板材形状或薄片形状。
但是如果组好的制品无法进行热处理，可以使用一种具有适度热稳定性的黏着剂。因为这些材料的居里温度，也是它们的工作温度约略等于室温，所以可以使用习用的黏着剂如树脂。
如图3所示的另一实施例中，，通过型材滚轧的方式，可以让这包括一罩盖5及一个或多个芯体6的复合材料制品1的一个或数个表面上轻易的形成一个或多个通道7以增加该表面的面积。因为是使用型材滚轧的方式，让该复合材料制品1的一表面上形成数个大制互相平行的凹槽7，且这些凹槽7是被数个互相平行的突起8隔开。
本实施例中，最初因为该芯体6是包括了该前体粉末4，所以必须于该反应烧结处理以形成磁热活性相之前或之后执行此型材滚轧处理。
如果该复合材料制品1是固定于一换热器中，这单一个或多个通道7可以用于导引该换热介质的流动以降低该换热介质的流动阻力，以及改进换热器的工作效率。
根据本发明的另一实施例，如图4及图5所示的一层板状制品9包括两个或数个复合材料制品1，其中每一复合材料制品1还包括一罩盖5以及一个或数个芯体6。图4用于显示依据本发明第一实施例的该层板状制品9的组合，该组合包括数个如图3所示的复合材料制品1。
如图4所示的实施例中，层板状制品9包括至少一间隔块10位于该层板状制品9的数个邻近分层11之间，且该间隔块10具有数个间隙形成于该层板状制品9上，可供该换热介质流动，如此可增加该换热介质与该层板状制品9之间的接触面积以及增加传热效率。这间隔块10可以制作成具有一系列信道7的形状，可供该换热介质流动，其中该数个通道7大制上是互相平行并可以用于导引换热介质的流动，当该层板状制品9用于一磁性换热系统时可降低流动阻力。
如图4所示的实施例中，因为该复合材料制品1的一表面上的数个凹槽7是当作数个通道7来使用，所以间隔块10可以是该复合材料制品1整体的一部份。
如图4所示的第一实施例中，该层板状制品9包括7层由复合材料制品1组成的分层11，每一分层11包括数个约略互相平行的凹槽7，其中这些凹槽7是通过型材滚轧方式制造出来的。这些复合材料制品1堆成一个堆栈，且该堆栈的边上具有数个凹槽7面对一个没有凹槽的基板12。这基板12也可以是一个包括罩盖5及La(Fe-Si)13相基芯体6的复合材料制品1。在该层板状制品9的数个邻近分层11之间，可以用这数个凹槽7作为一间隔块10使用。
于另一实施例中，该层板状制品9堆成一个堆栈，其中任一分层11的数个凹槽7与其它邻近分层11的数个凹槽7呈正交排列，可以满足一换热器对交叉排列肋片的需求，其中的一个方向可以作为流入之用，另一个方向作为流出之用。
如图5所示的一第二实施例中，该层板状制品13的间隔块10是一个外加构件位于该层板状制品13的数个复合材料制品1之间，且其形状是一种波形条带14。该层板状制品13是包括数层交替排列的扁平复合材料制品1及波形条带14组成一相似于习用硬纸板的结构。该波形条带14提供数个通道7用于导引换热介质的流动。如图5所示的实施例中，该层板状制品13包括两个呈波形条带形状的间隔块10以及三个扁平复合材料制品1。不过，根据本发明的该层板状制品13的分层数量是没有限制的。该数个复合材料制品的堆栈的数个最外分层可以包括数个波形条带14。
如图5所示的实施例中，该波形条带14包括至少一种磁热活性La(Fe-Si)13基相。换句话说，根据上述实施例，可以使用包括一罩盖5及至少一芯体6的一波形复合材料制品1，形成一作为间隔块10之用的波形条带14，它的优点是该层板状制品13的结构比较坚固，以及波形条带14包括扁平条带1及波形化间隔块10的厚度变化可以取决于该数个通道所需要的大小及断面积。
用外加构件作间隔块10的优点是，可以将一扁平条带及一波形条带共同缠绕在一起，轻易的组成一种线圈式的结构。也可以用相似的方法，制造出一种片状线圈或筒形线圈。
通过滚轧一个位于两个啮合轮齿之间的扁平条带或带状复合材料制品1以制造出一波形条带14。
于另一实施例中(图中未显示)，该间隔块10也可以是一种习用形状如一系列的条柱或长杆位于数个邻近分层11之间。于另一实施例中(图中未显示)，该间隔块10也可以包括一个轮盘结构以及长条带子或线材，其中从该轮盘结构的中心到周围的区域排列许多朝垂直方向且以间距分隔的针，并使这些长条带子或线材缠绕于这些针上。
当前体粉末4已经先填入该罩盖5，于执行热处理之前，可以先组合该层板状结构9或13。接着，对该层板状结构9或13进行热处理以形成磁热活性相。于进行此热处理的过程中，还可以对该层板状结构9或13进行机械压制。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。在本发明权利要求书的基础上所做的任何的等效修改或变更均应该包括于本发明的范围内。
权利要求
1.一种磁性换热制品，其特征在于该磁性换热制品包括
一罩盖用于包覆至少一芯体，其中该芯体包括数个颗粒，这数个颗粒包含一种磁热活性材料的前体，这前体的数量用于形成该磁热活性材料的化学计量。
2.一种磁性换热制品，其特征在于该磁性换热制品包括一罩盖用于包覆至少一芯体，其中该芯体包括数个晶粒，这数个晶粒包含一种磁热活性材料。
3.如权利要求1或2所述的磁性换热制品，其特征在于该磁热活性材料的居里温度范围是从220K到345K。
4.如权利要求1到3的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于该磁热活性材料Gd、La(Fe1-aSia)13基相、Gd5(Si，Ge)4基相、Mn(As，Sb)基相及MnFe(P，As)基相、Tb-Gd基相、(Pr，Nd，Sr)MnO3基相，以及Pr2(Fe，Co)17基相的其中一种。
5.如权利要求2到4的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这数个晶粒的邻近晶粒是连续的。
6.如权利要求1到5的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这磁性换热制品包括数个芯体被包覆于该罩盖内。
7.如权利要求6所述的磁性换热制品，其特征在于这数个芯体被嵌入一矩阵内。
8.如权利要求1到7的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这罩盖可塑性变形。
9.如权利要求1到8的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这罩盖包括两个分层。
10.如权利要求1到9的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这罩盖包括一种熔点高于1100℃的材料。
11.如权利要求10所述的磁性换热制品，其特征在于这罩盖包括铁或铁硅合金或镍或钢或不锈钢。
12.如权利要求2到9的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这罩盖包括铜或铜合金或铝或铝基合金。
13.如权利要求7到12的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这矩阵与罩盖包括数个相同或不同的材料。
14.如权利要求1到13的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这制品是长条形。
15.如权利要求1到14的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这制品是一种条带形状或线材形状或板材形状。
16.如权利要求1到15的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这制品是被绕制成一种筒形线圈的形状。
17.如权利要求1到16的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这制品是被绕制成一种片状线圈的形状。
18.如权利要求17所述的磁性换热制品，其特征在于这制品包括数个片状绕线线圈。
19.如权利要求18所述的磁性换热制品，其特征在于这每一线圈具有不同的居里温度(Tc)。
20.如权利要求1到19的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这制品还包括至少一个通道形成在一表面上。
21.如权利要求20所述的磁性换热制品，其特征在于该通道适用于导引一换热介质的流动。
22.如权利要求20或21所述的磁性换热制品，其特征在于这制品还包括数个大制互相平行的凹槽形成在该制品的至少一表面上。
23.如权利要求1到22的其中一权利要求所述的磁性换热制品，其特征在于这制品是一换热器或一制冷系统或一气候控制设备或一控调单元或一工业用或商业用或家庭用冷冻库的其中一个组件。
24.一种换热器包括如权利要求1到22的其中一权利要求所述的至少一个磁性换热制品。
25.一种层板状制品包括如权利要求1到22的其中一权利要求所述的数个磁性换热制品。
26.如权利要求25所述的层板状制品，还包括至少一个间隔块，其中该间隔块位于数个邻近的制品之间。
27.如权利要求26所述的层板状制品，其中使用该制品的一表面上的一个或数个突出区域来形成该间隔块。
28.如权利要求26或17所述的层板状制品，其中使用该制品的表面上的数个凹槽来形成该数个突出区域。
29.如权利要求26所述的层板状制品，其中使用一外加构件来作为该间隔块。
30.如权利要求29所述的层板状制品，其中该间隔块为一习用结构。
31.如权利要求29所述的层板状制品，其中该间隔块为一波形条带。
32.如权利要求48到52的其中一权利要求所述的层板状制品，其中该间隔块包括如权利要求1到22的其中一权利要求所述的的制品。
33.如权利要求26到32的其中一权利要求所述的层板状制品，其中该间隔块包括一个或数个通道用于导引一换热器的流动。
34.如权利要求26到33的其中一权利要求所述的层板状制品，其中数个分层之间的该间隔块包括数个大制互相平行的凹槽，其中一间隔块的数个凹槽是与该层板状制品的邻近间隔块的数个凹槽呈正交排列。
35.如权利要求25到34的其中一权利要求所述的层板状制品，其中这层板状制品是一换热器或一制冷系统或一气候控制设备或一控调单元或一工业用或商业用或家庭用冷冻库的其中一个组件。
36.一种换热器包括如权利要求25到34的其中一权利要求所述的至少一个层板状制品。
37.一种磁性复合材料制品的制造方法，包括
提供一换热器，其包括一种磁热活性材料或是一种磁热活性材料的前体；
提供一罩盖；以及
让该粉末被包覆于该罩盖内以形成一复合材料制品。
38.如权利要求37所述的制造方法，其中当该粉末被包覆于该罩盖内之后，对该复合材料制品进行一除气处理。
39.如权利要求36或37所述的制造方法，其中对该复合材料制品进行至少一次机械变形处理。
40.如权利要求39所述的制造方法，其中该机械变形处理包括一次或多次的滚轧或型锻或拉制处理。
41.如权利要求39或40所述的制造方法，其中该机械变形处理为一种多级机械变形处理，其中包括一中间退火处理步骤。
42.如权利要求37到41的其中一权利要求所述的制造方法，其中当执行该复合材料制品的制造步骤之后，该复合材料制品的一表面上形成至少一通道。
43.如权利要求42所述的制造方法，其中通过一塑性变形处理，让该复合材料制品的至少一表面形成此通道。
44.如权利要求43所述的制造方法，其中通过一型材滚轧处理以形成此通道。
45.如权利要求37到44的其中一权利要求所述的制造方法，还包括对该复合材料制品进行一热处理。
46.如权利要求45所述的制造方法，其中在一些条件下进行这热处理，使该芯体形成磁热活性材料。
47.一种层板状制品的制造方法包括排列两个或数个如权利要求1到22的其中一权利要求所述的制品以形成一层板状制品。
48.如权利要求47所述的制造方法，其中通过排列至少一个复合材料制品的至少一个通道，让该层板状制品的数个具有前体的邻近复合材料制品的之间形成一间隔块。
49.如权利要求47所述的制造方法，其中使用一外加构件形成一间隔块，其中该外加构件位于让该层板状制品的数个具有前体的邻近复合材料制品之间。
50.如权利要求47到49的其中一权利要求所述的制造方法，还包括排列该层板状制品的数个邻近间隔块来形成数个约略互相正交的通道。
51.如权利要求47到50的其中一权利要求所述的制造方法，其中该间隔块是一种如权利要求47到49的其中一权利要求所述的复合材料制品。
52.如权利要求47到51的其中一权利要求所述的制造方法，其中对该层板状制品进行一热处理之前，先组合该层板状制品。
53.如权利要求47到51的其中一权利要求所述的制造方法，其中在该数个复合材料制品已经进行一热处理之后，再组合该层板状制品。
54.如权利要求52或53所述的制造方法，其中在一些条件下进行这热处理，使该芯体形成磁热活性材料。
55.如权利要求47到54的其中一权利要求所述的制造方法，包括通过一种焊接或硬钎接或钎接处理，让该层板状制品的至少一个复合材料制品与其它复合材料制品接合。
全文摘要
本发明公开一种磁性换热制品及该磁性换热制品的制造方法，这磁性换热制品包括一罩盖用于包覆至少一芯体，其中该芯体包括数个晶粒，该数个晶粒还包含一种磁热活性材料或是数个颗粒具有一种磁热活性材料的前体。
文档编号H01F1/047GK101765892SQ200780051182
公开日2010年6月30日 申请日期2007年2月12日 优先权日2007年2月12日
发明者马提厄斯·卡特 申请人:真空熔焠有限两合公司