专利名称：热磁交换装置的制作方法
技术领域：
本发明主要关于一种热磁交换装置,尤指一种包括产生磁场于热交换兀件的磁场单元的热磁交换装置。
背景技术：
一般而言，磁冷冻机为一高效能与一环保的冷冻技术。磁冷冻技术利用了热磁材料(magnetocaloric materials, MCM)的热磁效应来达成冷冻循环(refrigerationcycles)。如图1所示，现有的热磁交换装置I包括一热交换元件10以及一磁性单元20。热交换元件10包括一流道11以及多个流道12。流道11位于两流道12之间。于此例子中，携热流体流过流道11、12，且流道11、12的截面积相等，两相邻的流道11、12之间的距离也相同。磁性单兀20产生磁场于热交换兀件10。由于磁场为非均勻的，因此于流道11内的磁场大于流道12内的磁场，导致热交换元件10对于流道11内携热流体之间的热交换率大于热交换元件10对于流道12内携热流体之间的热交换率，且热磁交换装置I的效率因此而降低。
发明内容
为了解决上述现有技术的缺失，本发明的目的为提供一种热磁交换装置，包括一热交换元件以及一磁性单元。热交换元件具有至少一流道，磁性单元产生一磁场于热交换元件。当携热流体流经流道时，热交换元件上不同点的温度梯度(temperature gradient)大致相同。为了达到上述的目的，本发明提供了一种热磁交换装置，包括一热交换元件以及一磁性单元。热交换元件具有至少一用以输送一携热流体的流道以及两端。磁性单元设置于热交换元件的周围，并提供一磁场于热交换元件，其中磁场的强度为非均匀的。流道的截面积大小对应于磁场强度，以使当携热流体流过流道时，热交换元件的两端上的不同点的温度梯度大致相同。为了达到上述的目的，本发明另提供了一热磁交换装置，包括一热交换元件以及一磁性单元。热交换元件具有一第一流道以及一第二流道，用以输送一携热流体，其中第一流道具有一第一截面积，第二流道具有一第二截面积，且第一截面积大于第二截面积。磁性单元设置于热交换元件的周围，并提供一磁场于热交换元件。施加于第一流道的磁场的强度大于施加于第二流道的磁场的强度。为了达到上述的目的，本发明另提供了一热磁交换装置，包括一热交换元件以及一磁性单元。热交换元件具有多个第一流道以及至少一第二流道，用以输送一携热流体，其中两相邻的第一流道之间的距离小于相邻的第一流道以及第二流道之间的距离。磁性单元设置于热交换元件的周围，并提供一磁场于热交换元件。施加于每一第一流道的磁场的强度大于施加于第二流道 的磁场的强度。
综上所述，当携热流体流过流道时，热交换元件上不同点的温度梯度大致相同，进而使得热磁交换装置的热交换效率增加。
图1为现有的热磁交换装置的示意图；图2为本发明的热磁交换装置的第一实施例的示意图；图3为本发明的热交换元件的第一实施例的立体图；图4为图3的A-A’剖面的剖视图；图5为本发明的热磁交换装置的第二实施例的示意图；以及图6为本发明的热磁交换装置的第三实施例的分解示意图。其中，附图标记说明如下:热磁交换装置I热交换元件10流道11、12磁性单元20 热磁交换装置2、2a、2b热交换元件30、30a、30b第一流道31、31a、第二流道32、32a流道部311、312、321、322热交换部33、34磁性单元40、40b磁性部41、42第一延伸方向Dl第二延伸方向D2纵向D3截面SI第一截面区域Zl第二截面区域Z具体实施例方式图2为本发明的热磁交换装置2的第一实施例的示意图，图3为本发明的热交换元件30的第一实施例的立体图，图4为图3的A-A’剖面的剖视图。热磁交换装置(thermo-magnetic exchanging device)2包括一热交换兀件30以及二磁性单兀40。热交换元件30可为一管状结构。热交换元件30可选自于由至少一热磁材料(magnetocaloric material)所组成的族群中的材质所构成。举例而言，前述磁热材料可包括，但不予以限制，Mn-Fe-P-As合金、Mn-Fe-P-Si 合金、Mn-Fe-P-Ge 合金、Mn-As-Sb 合金、Mn-Fe-Co-Ge 合金、Mn-Ge-Sb 合金、Mn-Ge-Si 合金、La-Fe-Co-Si 合金、La-Fe-S1-H 合金、La-Na-Mn-O 合金、La-K-Mn-O 合金、La-Ca-Sr-Mn-O 合金、La-Ca-Pb-Mn-O 合金、La-Ca-Ba-Mn-O 合金、Gd 合金、Gd-S1-Ge、Gd-Yb合金、Gd-S1-Sb 合金、Gd-Dy-Al-Co 合金、或是 N1-Mn-Ga 合金。热交换元件30包括一第一流道31以及二第二流道32，然而，第一流道31与第二流道32的数目并不予以限制。于本实施例中，第一流道31位于两第二流道32之间，且第一流道31与第二流道32可沿一第一延伸方向Dl排列。前述的第一延伸方向Dl平行于热交换元件30的一截面SI。热交换元件30、第一流道31、以及第二流道32可沿一纵向D3延伸。第一流道31以及第二流道32可用以输送一携热流体(heat-carrying fluid)。磁性单兀40可为一永久磁铁、一超导磁铁、或是一电磁圈。磁性单兀40设置于热交换元件30的两相对侧。于本实施例中，热交换元件30位于磁性单元40之间。磁性单元40与热交换元件30沿一第二延伸方向D2排列。前述的第一延伸方向D1、第二延伸方向D2、以及纵向D3相互垂直。每一磁性单兀40用以提供一磁场于热交换兀件30,前述磁场的强度(magnitude of themagnetic field)可为时变(time-varying)和非均勻(non-uniform)。因此，当磁场施加于热交换元件30时，热交换元件30的热交换能力(heatexchangeability)可以被改变。如图2所示，于热交换元件30的截面SI上设有一第一截面区域Zl以及二第二截面区域Z2。第一流道31分布于第一截面区域Zl内、且第二流道32分别分布于第二截面区域Z2内。第一截面区域Zl以及第二截面区域Z2的面积可相同。第一截面区域Zl位于两第二截面区域Z2之间。于本实施例中，第一截面区域Zl以及两第二截面区域Z2可沿第一延伸方向Dl排列。由于第一截面区域Zl以及第二截面区域Z2的排列大致平行于磁性单元40，以及第一截面区域Zl邻近于磁性单元40的中央部位，第二截面区域Z2分别邻近于磁性单元40的两端，于第一截面区域Zl的磁场分别大于第二截面区域Z2的磁场。换句话说，施加于第一流道31的磁场的强度大 于分别施加于第二流道32的磁场的强度。一般而言，较强的磁场强度会使得热交换元件30具有较强的热交换能力。由于第一流道31、第二流道32的截面积大小对应于热交换元件30内的磁场分布，因此当携热流体流经第一流道31、第二流道32时，热交换元件30的截面SI上不同点的温度梯度大致相同。于本实施例中，第一流道31的截面SI大于第二流道32的截面SI，且第一截面区域Zl以及第二截面区域Z2的面积相同。由于热交换元件30的第一截面区域Zl具有较强的磁场，因此第一流道31的截面积大于第二流道32的截面积。当携热流体于第一流道31以及第二流道32内流动时，于第一流道31内的携热流体的流速大于第二流道32内的携热流体的流速。由于第二截面区域Z2的磁场强度较第一截面区域Zl的磁场强度弱，因此于第二截面区域Z2内的热交换元件30的热交换能力相对较差。然而，通过携热流体于第二流道32的较慢流速可使得第二截面区域Z2内的热交换元件30能对第二流道32内的携热流体进行较充足的热交换，进而使得第二截面区域Z2的温度梯度能大致与第一截面区域Zl的温度梯度相同。图5为本发明的热磁交换装置2a的第二实施例的示意图。于本实施例中，热交换元件30a的第一截面区域Zl内具有多个第一流道31a，且第二截面区域Z2内具有至少一第二流道32a，于另一实施例中，第二流道32a可具有多个。每一热交换元件30a的第一流道31a以及第二流道32a的截面积相等。然而，于第一截面区域Zl内第一流道31a的数目多于第二截面区域Z2内第二流道32a的数目。换句话说，第一截面区域Zl内第一流道31a的总截面积大于第二截面区域Z2内第二流道32a的总截面积。然而，如图5所示，相邻两第一流道31a之间的距离小于相邻的第一流道31a与第二流道32a之间的距离。因此，第一截面区域Zl内第一流道31a的总截面积以及第二截面区域Z2内第二流道32a的总截面积对应于磁场的强度。图6为本发明的热磁交换装置2b的第三实施例的分解示意图。热交换元件30b包括一热交换部33以及一热交换部34。热交换部33耦接于热交换部34。每一磁性单元40b包括一磁性部41以及一磁性部42。磁性部41耦接于磁性部42。第一流道31包括一流道部311以及一流道部312。每一第二流道32包括一流道部321以及一流道部322。流道部311与流道部312相互连通，且流道部321与流道部322相互连通。于本实施例中，磁性部41产生的磁场大于磁性部42产生的磁场。流道部311的截面积大于流道部312的截面积，且流道部321的截面积大于流道部322的截面积。因此，热交换部33的第一流道31、第二流道32的总截面积大于热交换部34的第一流道31、第二流道32的总截面积。换句话说，第一流道31、第二流道32的截面积大致对应于磁场的强度。因此，当携热流体流过第一流道31、第二流道32时，热交换元件30b的两端上的不同点的温度梯度大致相同。综上所述，当携热流体流过流道时，热交换元件上不同点的温度梯度大致相同，进而使得热磁交换装置的热交换效率增加。本发明虽以各种实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟习此技艺 者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，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
1.一种热磁交换装置，其特征在于，包括: 一热交换元件，具有两端以及至少一用以输送一携热流体的流道；以及 一磁性单元，设置于该热交换元件的周围，并提供一磁场于该热交换元件，其中该磁场的强度为非均匀的， 其中该流道的截面积大小对应于该磁场强度，以使当该携热流体流过该流道时，该热交换元件的该两端上的不同点的温度梯度大致相同。
2.如权利要求1所述的热磁交换装置，其特征在于，该热交换元件由至少一热磁材料所构成。
3.如权利要求2所述的热磁交换装置，其特征在于，该热磁材料为Mn-Fe-P-As合金、Mn-Fe-P-Si 合金、Mn-Fe-P-Ge 合金、Mn-As-Sb 合金、Mn-Fe-Co-Ge 合金、Mn-Ge-Sb 合金、Mn-Ge-Si 合金、La-Fe-Co-Si 合金、La-Fe-S1-H 合金、La-Na-Mn-O 合金、La-K-Mn-O 合金、La-Ca-Sr-Mn-O 合金、La-Ca-Pb-Mn-O 合金、La-Ca-Ba-Mn-O 合金、Gd 合金、Gd-S1-Ge、Gd-Yb合金、Gd-S1-Sb 合金、Gd-Dy-Al-Co 合金、或是 N1-Mn-Ga 合金。
4.如权利要求1所述的热磁交换装置，其特征在于，该磁性单元为一永久磁铁、一超导磁铁、或是一电磁圈。
5.一种热磁交换装置，其特征在于 ，包括: 一热交换元件，具有一第一流道以及一第二流道，用以输送一携热流体，其中该第一流道具有一第一截面积，该第二流道具有一第二截面积，且该第一截面积大于该第二截面积；以及 一磁性单元，设置于该热交换元件的周围，并提供一磁场于该热交换元件， 其中施加于该第一流道的磁场的强度大于施加于该第二流道的磁场的强度。
6.如权利要求5所述的热磁交换装置，其特征在于，该热交换元件由至少一热磁材料所构成。
7.如权利要求6所述的热磁交换装置,其特征在于，该热磁材料为Mn-Fe-P-As合金、Mn-Fe-P-Si 合金、Mn-Fe-P-Ge 合金、Mn-As-Sb 合金、Mn-Fe-Co-Ge 合金、Mn-Ge-Sb 合金、Mn-Ge-Si 合金、La-Fe-Co-Si 合金、La-Fe-S1-H 合金、La-Na-Mn-O 合金、La-K-Mn-O 合金、La-Ca-Sr-Mn-O 合金、La-Ca-Pb-Mn-O 合金、La-Ca-Ba-Mn-O 合金、Gd 合金、Gd-S1-Ge、Gd-Yb合金、Gd-S1-Sb 合金、Gd-Dy-Al-Co 合金、或是 N1-Mn-Ga 合金。
8.如权利要求5所述的热磁交换装置，其特征在于，该磁性单元为一永久磁铁、一超导磁铁、或是一电磁圈。
9.一种热磁交换装置，其特征在于，包括: 一热交换元件，具有多个第一流道以及至少一第二流道，用以输送一携热流体，其中两相邻的所述第一流道之间的距离小于相邻的第一流道以及第二流道之间的距离；以及 一磁性单元，设置于该热交换元件的周围，并提供一磁场于该热交换元件， 其中施加于每一所述第一流道的磁场的强度大于施加于该第二流道的磁场的强度。
10.如权利要求9所述的热磁交换装置，其特征在于，该热交换元件由至少一热磁材料所构成。
11.如权利要求10所述的热磁交换装置,其特征在于,该热磁材料为Mn-Fe-P-As合金、Mn-Fe-P-Si 合金、Mn-Fe-P-Ge 合金、Mn-As-Sb 合金、Mn-Fe-Co-Ge 合金、Mn-Ge-Sb 合金、Mn-Ge-Si 合金、La-Fe-Co-Si 合金、La-Fe-S1-H 合金、La-Na-Mn-O 合金、La-K-Mn-O 合金、La-Ca-Sr-Mn-O 合金、La-Ca-Pb-Mn-O 合金、La-Ca-Ba-Mn-O 合金、Gd 合金、Gd-S1-Ge、Gd-Yb合金、Gd-S1-Sb 合金、Gd-Dy-Al-Co 合金、或是 N1-Mn-Ga 合金。
12.如权利要求9所述的热磁交换装置，其特征在于，该磁性单元为一永久磁铁、一超导磁铁、或是一电磁圈。·
全文摘要
一种热磁交换装置包括一热交换元件以及一磁性单元。热交换元件具有至少一流道，用以输送一携热流体。磁场单元设置于热交换元件的周围，用以提供一磁场于热交换元件。磁场的强度可为非均匀的。流道的截面积对应于磁场，因此当携热流体流过流道时，热交换元件上不同点的温度梯度大致相同。
文档编号F25B21/00GK103245124SQ20121038965
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7日
发明者郭吉祥, 吴调原 申请人:台达电子工业股份有限公司