专利名称：磁致冷装置的磁热模块的制作方法
技术领域：
本发明是关于磁致冷(magnetic refrigeration)技术,且特别地关于一种磁致冷装置的磁热模块(megnetocaloric module)。
背景技术：
目前，如冰箱、冷冻室、房间加热/冷却系统及相似物等的与人类的日常生活密切相关应用的室温环境下的所有致冷技术几乎大多采用气体压缩/膨胀循环技术。然而，由于排放至环境中的氟利昂气体(freon gas)，上述气体压缩/膨胀循环相关的致冷技术具有破坏环境的严重问题。此外，关于氟利昂的替代气体对于环境的负面影响也值得关注。因此，基于环保意识和更有效的致冷技术，已提出了使用磁热效应(megnetocaloric effect)的磁致冷技术的相关研究。如此，可加快针对室温环境下磁致冷技术的研究和开发。第2010/0058775号美国专利申请案中揭示了传统的一种磁致冷装置。如图1所示，此磁致冷装置包括填满具磁热效应(magnetocaloric effect)的磁性材料12的一种主动式磁场再生致冷床体(active magnetic regenerative refrigeration bed, AMRbed) 10、设置于主动式磁场再生致冷床体10之外并可水平移动以作为一磁场产生装置的一永久磁铁14、一低温 侧热交换单元21、一高温侧热交换单元31、一转换装置(switchingmeans) 40、以及一冷媒泵(refrigerant pump) 50。如图1所示的磁致冷装置例如使用水作为液态冷媒(liquid refrigerant)。低温侧热交换单元21是设置于主动式磁场再生致冷床体10的低温侧，而高温侧热交换单元31是设置于主动式磁场再生致冷床体10的高温侧。转换装置40是设置于低温侧热交换单元21和高温侧热交换单元31之间，以转换冷媒的流动方向。冷媒泵50连接于转换装置40以做为一冷媒传输装置。接着，主动式磁场再生致冷床10、转换装置40、低温侧热交换单元21以及高温侧热交换单元31通过一管路而相连结，以形成液态冷媒的一冷媒流通路径。于图1所示的磁致冷装置的操作时，永久磁铁14设置于面向主动式磁场再生致冷床体10 (如图1所示位置)的一位置，以施加磁场至主动式磁场再生致冷床体10内的磁材料12之处。因此，具磁热效应的磁性材料12便可产生热量。如此，通过冷媒泵50与转换装置40的操作，可依照自主动式磁场再生致冷床10至高温侧热交换单元31的一方向循环此液态冷媒。热量可通过液态冷媒而输送到高温侧热交换单元31处，其中液态冷媒的温度是通过磁性材料12所产生的热量而增加。的后，永久磁铁14自面向主动式磁场再生致冷床体10的位置处移除，因而移除了施加于磁性材料12的磁场。通过磁场的移除，磁性材料12吸收了热量。因此,通过冷媒泵50与转换装置40依照自主动式磁场再生致冷床10至高温侧热交换单元31的一方向的操作可循环此液态冷媒至低温侧热交换单元21处。通过磁性材料12的热吸收，经冷却的液态冷媒传输了一较低温度至低温侧热交换单元21处。通过移动永久磁铁14而重复地对于主动式磁场再生致冷床体10内磁性材料12施加与移除一磁场，如此便可于主动式磁场再生致冷床体10内的磁性材料12处形成一温度梯度。然后，通过同歩地施加与移除磁场以及移动液态冷媒，便可持续地冷却此低温侧热交换单元21。然而，由于磁性材料12和主动式磁场再生致冷床体10间的实际连接情形，以及磁性材料12与主动式磁场再生致冷床体10所具备的不同金属材料，如此对于主动式磁场再生致冷床10便会造成热扩散(thermal dissipation)与电偶腐蚀(Galvanic corrosion)等问题，从而影响包括此主动式磁场再生致冷床体10的磁致冷装置的热能与物理的可靠度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种磁致冷装置的磁热模块，以降低现有的热扩散与电偶腐蚀等问题。依据一实施例， 本发明的一种磁致冷装置的磁热模块包括:—床体，具有一内表面；一磁热材料，填入于该床体内；以及一绝缘层，形成于该内表面上，以隔离该磁热材料与该床体。基于绝缘层的形成，可降低磁性材料与床体的间的热传导情形且可避免可能发生于床体内的电偶腐蚀效应。此外，可更增大磁热模块于操作时的温度梯度。为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附的图式，作详细说明如下。
图1为一示意图，显示了现有的一种磁致冷装置；图2为依据本发明的一实施例的一种磁热模块；图3为依据本发明的另一实施例的一种磁热模块；图4为依据本发明的又一实施例的一种磁热模块；图5为依据本发明的另一实施例的一种磁热模块；图6为依据本发明的又一实施例的一种磁热模块；图7为依据本发明的另一实施例的一种磁热模块。其中，附图标记说明如下:1(Γ主动式磁场再生致冷床体；12 磁性材料；14"永久磁铁；2广低温侧热交换单元；3Γ高温侧热交换单元；40"转换装置；50"冷媒泵；100 床体；102 磁性颗粒；104 绝缘层；
104a、104b 绝缘子层；104c、104cT 绝缘层；108 空间；110 内表面；150、160 端点；A、A，、B、B，、C、C， 磁热模块
具体实施例方式图2-7为多个不同实施例，分别显示了具有较少的热扩散和电偶腐蚀等问题的一种磁热模块，其中如图2-7所示的磁热模块可应用于如图1在内所示的磁致冷装置的主动式磁性再生致冷床体10。请参照图2,显不了依据一实施例的一种磁热模块A,其包括一床体(bed) 100。此夕卜，于床体100内形成有多个磁性颗粒102与一绝缘层104。床体100具有相对的两端点150与160,使得如水等热传流体(heat transfer fluid)可流通于所述磁性颗粒102之间的空间108内，以于包括磁热模块A的一磁致冷装置(未显不)的此床体100的一低温端(为端点150与160之一)与一高温端(为端点150与160之另一)之间传输热能。于如图2所示的磁热模块A中，形成于床体100内的绝缘层104完全地覆盖了床体100的内表面110，并隔离了磁性颗粒102与床体100。因此，基于绝缘层104的形成，可降低磁性颗粒102与床体100之间的热传导情形且可避免可能发生于床体100内的电偶腐蚀效应。此外，可更增大磁热模块A于操作时的温度梯度。图2内所示的绝缘层104显示为一单一膜层，且其仅包括一种绝缘材料。请参照图3，显示了依据另一实施例的一种磁热模块B，而此时形成于磁热模块B内的床体10内的绝缘层104是由不同材料的两个绝缘子层104a与104b所组成。磁热模块B的其它构件则相同于如图2所示的磁热模块A内构件，且基于简化的目的而不在此重复描述。如图3所示，绝缘子层104a与绝缘子层104b分别覆盖了床体100的内表面110的一不同部分，而绝缘层104为一复合形态的绝缘层，其完全地覆盖了床体100的内表面110并隔离了磁性颗粒102与床体100。因此，基于绝缘层104的形成，可降低磁性颗粒102与床体100之间的热传导情形且可避免可能发生于床体100内的电偶腐蚀效应。如此，可更增大于磁热模块B操作时的温度梯度。请参照图4，显示了依据另一实施例的一种磁热模块C，而磁热模块C的床体100的绝缘层104此时是包括由不同材 料所制成的两个绝缘层104c与104d。磁热模块C的其它构件则相同于图2内所示的磁热模块A，且基于简化目的而不在于此重复描述。如图4所示，绝缘层104c完全地覆盖床体100的内表面110，而绝缘层104d完全地覆盖了绝缘层104c的一表面(未显示)。绝缘层104为一复合绝缘膜层，其包括了绝缘层104c与104d，并且其隔离了磁性颗粒102与床体100。因此，基于绝缘层104的形成，可降低磁性颗粒102与床体100之间的热传导情形且可避免可能发生于床体100内的电偶腐蚀效应。如此，可更增大于磁热模块C操作时的温度梯度。请参照图5，显示了依据本发明的另一实施例的一种磁热模块A’，而磁热模块A’的床体100内的绝缘层104部分地覆盖了床体100的一内表面110。磁热模块A’的其它构件则相似于如图2所示的磁热模块A，且基于简化目的而不在此再次描述。如图5所示，形成于床体100内的绝缘层104部分地覆盖了床体100的内表面110，并隔离了磁性颗粒102与大部分的床体100。于此实施例中，床体100的内表面110的约0-50%的部分为露出的，且基于绝缘层104的形成，可降低磁性颗粒102与床体100之间的热传导情形且可降低可能发生于床体100内的电偶腐蚀效应。较佳地，床体100的内表面110的10-45%为露出的。如此，可更增大于操作时磁热模块A’的温度梯度。如图5所示的绝缘层104形成为单一膜层且仅包括一种绝缘材料。请参照图6，显示了依据本发明另一实施例的一种磁热模块B’，而磁热模块B’的床体100内的绝缘层104是由不同材料的两个绝缘子层104a与104b所制成。磁热模块B’的其它构件则相同于如图3所示的磁热模块B，且基于简化目的而不在此再次描述。如图6所示，第一绝缘子层104a与第二绝缘子层104b分别覆盖了床体100的内表面110的一不同部分，而绝缘层104是为一复合形态绝缘层，其完全地覆盖床体100的内表面110并隔离了磁性颗粒102与床体100。而第二绝缘子层104b部分地露出床体100的内表面110。此夕卜，床体100的内表面110的约0-50%的部分为露出的，且基于绝缘层104的形成，因而可降低磁性颗粒102与床体100之间的热传导 情形以及可能发生于床体100内的电偶腐蚀效应。较佳地，床体100的内表面110的10-45%为露出的。如此可更增大于操作时磁热模块B’的温度梯度。请参照图7，显示了依据另一实施例的一种磁热模块C’，而磁热模块C’内床体100的绝缘层104是由不同材料的两个绝缘层104c与104d所组成。磁热模块C’的其它构件则相同于如图4所示的磁热模块C，且基于简化目的而不在此重复描述。如图7所示，绝缘层104c覆盖了大部分的床体100的内表面110并露出了床体100的内表面110的一部分，而绝缘层104d完全地覆盖了绝缘层104c的一表面(未显不)。于此实施例中，床体100的内表面110的约0-50%的一部为露出的，而绝缘层104为一复合膜层，其包括了绝缘层104c与104d并隔离了磁性颗粒102与床体100。因此，基于绝缘层104的形成，可降低磁性颗粒102与床体100之间的热传导情形以及可能发生于床体100内的电偶腐蚀效应。较佳地，床体100的内表面110的10-45%为露出的。如此，可更为增大于操作时磁热模块A的温度梯度。于如图2-7所示的多个实施例中，除了如前述的降低热扩散以及电偶腐蚀等优点夕卜，形成于床体100内的绝缘层104、或绝缘子层104a与104b或第一绝缘层104c与第二绝缘层104d可进一步减少磁性颗粒102之间的一空间108，进而增强了磁热模块的热交换效率。再者，床体100可具有如长方形、圆柱形、或其它多边形的一形状，以及可包括如钢或铁的磁穿透材料。不锈钢例如为STEEL 1004，STEEL 1008，STEEL 1010，STEEL 1002，或SS41。铁例如为电工纯铁(electrical pure iron, DT4)。绝缘层104、或绝缘子层104a与104b、或第一绝缘层104c与第一绝缘层104d可包括发泡材料(foamed materials)、娃胶(silica gel)、橡胶、气体填充的发泡材料、或乳胶。磁性颗粒102可包括磁热材料,例如 FeRh,Gd5Si2Ge2,Gd5(Si1^xGex)4,RCo2,La(Fe13_xSix) ,MnAs1^xSbx,MnFe (P, As) ,MnFe (P, Si)、Co (S hSex) 2、NiMnSn、MnCoGeB、RhMxMnO3, (where R=Ianthanide, M=Ca, Sr and Ba)等，本说明书无法穷举磁热材料，但任何具有居里温度Tc，且在该居里温度Tc温度区间以外两侧具有相异磁性质，如顺磁性与反磁性的材料宜为本发明适用的磁热材料，但不应以此为限。磁性颗粒102可具有其它形态，例如一网状、片状、管状、柱状、片状或蜂巢状形态，而并非以颗粒形态为限。值的注意的是，于上述实施例中，可于流体通道(例如为介于床体100的两个端点150与160之间一流体通道)内加入用于改善效果的添加物，例如为一分散剂(dispersant)、一抗腐蚀剂(ant1-corrosion agent)、一抗冻剂(antifreeze)或一减阻剂(drag-reduction agent)。分散剂可为加入于一悬浮液(通常为一胶体)内的一非表面活性聚合物或一表面活性聚合物，以改善离子的分散情形并避免了沉积或结块情形。分散剂通常包括一或多个界面活性剂，但也可为气态的。抗腐蚀剂(或腐蚀抑制剂)是用以防止磁热材料(颗粒)于流体穿透的循环之后免于受到腐蚀或锈蚀。抗冻剂则用以避免工作流体于部份的冷却制程中的结冻情形。减阻剂则为应用于原油、炼制产品或非饮用水管线中的一长链聚合物。其仅为一小的注入量(百万分之几)，且用于减少沿着管线长度而降低的摩擦压力。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定 者为准。
权利要求
1.一种磁致冷装置的磁热模块，其特征在于，包括: 一床体，具有一内表面； 一磁热材料，填入于该床体内；以及 一绝缘层，形成于该内表面上，以隔离该磁热材料与该床体。
2.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层完全覆盖该床体的该内表面，且该磁热材料并不接触该床体的该内表面。
3.如权利要求2所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层为一单膜层。
4.如权利要求2所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层为一复合膜层，包括第一绝缘子层以及一第二绝缘子层，且该第一绝缘子层与该第二绝缘子层分别覆盖了该床体的该内表面的一不同部分。
5.如权利要求2所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层为一复合膜层，包括一第一绝缘层与一第二绝缘层，该第一绝缘层完全覆盖该床体的该内表面，而该第二绝缘层完全覆盖该第一绝缘层的一表面。
6.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层覆盖了该床体的大部分的该内表面,且该床体的该内表面的0-50%为露出的，使得该磁热材料部分地接触该床体的该内表面。
7.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层覆盖了该床体的大部分的该内表面，且该床体的该内表面的10-45%的部分为露出的，使得该磁热材料部分地接触该床体的该内表面。
8.如权利要求6或7所述的磁热模块,其特征在于,该绝缘层为一单一膜层。
9.如权利要求6或7所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层为包括一第一绝缘子层与一第二绝缘子层的一复合膜层，且该第一绝缘子层与该第二绝缘子层之一露出了该床体的该内表面的一部分。
10.如权利要求6或7所述的磁热模块,其特征在于,该绝缘层为一复合层,包括一第一绝缘层与一第二绝缘层，且该第一绝缘层部分覆盖该床体的该内表面，而该第二绝缘层完全地覆盖了该第一绝缘层的一表面。
11.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该床体包括磁穿透材料。
12.如权利要求11所述的磁热模块，其特征在于，该磁穿透材料包括钢或铁。
13.如权利要求11所述的磁热模块，其特征在于，该床体的形状为长方形、圆柱状或多边形。
14.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该绝缘层包括发泡材料、硅胶、橡胶、充气发泡材料或乳胶。
15.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该磁热材料包括FeRh、Gd5Si2Ge2,Gd5 (SihGex) 4、RCo2' La (Fe13_xSix)、MnAs1^xSbx, MnFe (P, As)、MnFe (P, Si)、Co (S1^xSex)2,NiMnSn、MnCoGeB、或 R1JMxMnO3，其中 R 为镧系元素，M 为 Ca、Sr 或 Ba。
16.如权利要求1所述的磁热模块，其特征在于，该磁热材料的形状为颗粒状、网状、片状、管状、柱状或蜂 巢状。
全文摘要
一种磁致冷装置的磁热模块，包括一床体，具有一内表面；一磁热材料，填入于该床体内；以及一绝缘层，形成于该内表面上，以隔离该磁热材料与该床体。基于绝缘层的形成，可降低磁性材料与床体之间的热传导情形且可避免可能发生于床体内的电偶腐蚀效应。此外，可更增大磁热模块于操作时的温度梯度。
文档编号F25B21/00GK103245123SQ20121038962
公开日2013年8月14日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年2月1日
发明者王敏嘉, 谢昇汎, 吴调原 申请人:台达电子工业股份有限公司