用于逆转磁热材料退化的系统和方法

用于逆转磁热材料退化的系统和方法
【专利摘要】一种方法，包括：识别磁冷却系统中的磁热材料的至少部分退化，其中该磁热材料具有居里温度。该方法还包括：通过在再生温度下保持磁热材料来再生磁热材料，其中该再生温度不同于该磁热材料的居里温度。
【专利说明】用于逆转磁热材料退化的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年7月19日递交的第61，509，381号美国临时专利申请的优先权，其全部公开内容在此通过以全文引用的方式并入本文。
【背景技术】
[0003]提供以下的描述以帮助读者理解。提供的信息或者引用的参考文献都不被看作是现有技术。
[0004]铁磁材料(例如，铁)与所施加的磁场的强相互作用源于材料结构中的原子自旋一致地将其本身与所施加的磁场排齐的能力。高于特定的温度(该特定温度是磁性材料的特征并且被称为居里温度)，热扰动阻止这种一致自旋排列，与所施加的磁场的相互作用变得很弱。高于居里温度，该材料是顺磁性的而不是铁磁性的。接近居里温度，原子自旋在所施加的磁场中的一致排列导致该材料磁熵减小。如果该材料被隔热使得其总熵是守恒的，则这种磁熵的减小通过其热熵的增大而补偿，然后其温度升高。暴露于磁场时的温度升高被称为磁热效应。当所施加的磁场被移除时，磁熵升高，热熵减小，使该材料的温度降低。

【发明内容】

[0005]一个示例性方法包括识别磁冷却系统中的磁热材料的至少部分退化，其中，该磁热材料具有居里温度。该方法还包括:通过在再生温度下保持该磁热材料而再生该磁热材料，其中，该再生温度不同于该磁热材料的居里温度。
[0006]另一个示例性方法包括形成磁冷却系统的至少一个床，其中，该至少一个床包括磁热材料，其中，该磁热材料具有居里温度，且其中，传热流体被配置成传热到在该至少一个床中的磁热材料或者从该至少一个床中的磁热材料传热。该方法还包括形成该磁冷却系统的至少一个阀门以控制该传热流体通过该至少一个床和加热器或换热器的流动，其中，该传热流体在该至少一个床和该加热器之间的流动通过在再生温度下保持该磁热材料来再生该磁热材料，其中，该再生温度不同于该磁热材料的居里温度。
[0007]—个示例性装置包括传热流体和床，该床包括具有居里温度的磁热材料。该床被配置成允许该传热流体传热到该磁热材料或从该磁热材料传热。该装置还包括加热器，该加热器被配置成在再生温度下保持该磁热材料且持续一时间量以再生该磁热材料，其中，该再生温度不同于该磁热材料的居里温度。
[0008]—个不例性系统包括第一子系统和第二子系统。第一子系统包括第一传热流体和具有第一磁热材料的第一床，其中，该第一磁热材料具有第一居里温度。该第一子系统还包括第一阀门，该第一阀门被配置成控制第一子系统在再生模式或冷却模式下工作。第二子系统包括第二传热流体和具有第二磁热材料的第二床，其中，该第二磁热材料具有第二居里温度。该第二子系统还包括第二阀门，该第二阀门被配置成控制该第二子系统在再生模式或冷却模式下工作。【专利附图】

【附图说明】
[0009]结合附图，根据以下描述和所附权利要求书，本公开的前述特征和其它特征将变得更清楚。应当理解，这些图仅仅描绘根据本公开的多个实施方式，并且因此不视作限制其范围，本公开将通过使用附图描述额外特性和细节。
[0010]图1是示出根据示例性实施方式的在钆(Gd)中的磁热效应的图。
[0011]图2是示出根据示例性实施方式的主动式磁蓄冷器循环的阶段的图。
[0012]图3示出根据示例性实施方式的LaFeSiH和Gd在1.0特斯拉的磁场中的等温熵变(左图)和热容(右图)之间的比较。
[0013]图4示出根据示例性实施方式的根据在磁性制冷床中的位置在制冷循环中的最小流体温度和最大流体温度。
[0014]图5是示出与具有单层Gd床的磁制冷样机相比，根据示例性实施方式的具有5层LaFeSiH床的磁制冷样机的性能的图。
[0015]图6示出根据示例性实施方式的LaFeSiH的全新样品的差示扫描量热法(DSC)迹线。
[0016]图7代表根据示例性实施方式的与图6中相同的材料被保持在接近其居里温度超过一年以后的DSC迹线。
[0017]图8是示出根据示例性实施方式的通过暴露于升高的温度下恢复老化分裂的LaFeSiH 的图。
[0018]图9是示出根据示例性实施方式的通过暴露于降低的温度下恢复老化分裂的LaFeSiH 的图。
[0019]图10是根据示例性实施方式的工作在冷却模式下的主动式磁蓄冷器型制冷机的图。
[0020]图11是根据示例性实施方式的工作在恢复模式下的主动式磁蓄冷器型制冷机的图。
[0021]图12是根据第一示例性实施方式的具有两个双段子系统的主动式磁蓄冷器冷却系统的图。
[0022]图13是根据第二示例性实施方式的具有两个双段子系统的主动式磁蓄冷器冷却系统的图。
【具体实施方式】
[0023]在以下详细描述中，参考形成该详细描述的一部分的附图。在这些附图中，除非上下文另有规定，否则相似的附图标记通常指相似的部件。详细描述中描述的示例性实施方式、附图和权利要求书不意味着限制。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可利用其它实施方式且可作出其它改变。将容易理解，如本文通常所描述且在图示中所示出的本公开的多个方面可以以多种不同的配置来布置、替代、组合和设计，所有这些配置被明确地构思并且作为本公开的一部分。
[0024]磁制冷机(MR)使用磁热效应从较冷的系统泵出热量并且将该热量排放到较热的环境。磁热效应是指材料暴露于磁场时的温度升高。当移除所施加的磁场时，磁熵升高，热熵减小，材料的温度降低。在图1中对于具有约60° F的居里温度的磁热材料钆(Gd)，示出这种温度变化。例如，对于该材料最初在60° F的温度时，施加2特斯拉的磁场将会引起10° F的温度升高。当所施加的磁场的强度增大时，温度变化增大。
[0025]现代室温MR系统可以使用主动式磁蓄冷器(AMR)循环来执行冷却。AMR循环的早期实施可以参见美国专利N0.4332135，其全部公开内容通过引用方式并入本文。在一个实施方式中，如在图2示意性地示出，AMR循环具有四个阶段。图2中的MR系统包括磁热材料(MCM)的多孔床和传热流体，当该传热流体流经床时传热流体与MCM换热。在图2中，床的左侧是冷侧，而床的右侧是热侧。在替选实施方式中，热侧和冷侧可以调换。流体流动的计时和方向(从热到冷或从冷到热)根据磁场的施加和去除来调整。
[0026]在循环的第一阶段(“磁化”)，床中的流体是不流动的，施加磁场到MCM使该MCM受热。在循环的第二阶段(“从冷到热流动”)，保持床上的磁场，在固定温度Ta (冷入口温度)下的流体从冷侧流经床而被泵送至热侧。当流体传送到该床的下一段时，该流体从该床的每一段吸热，使床冷却并且使流体变热，其中该过程在较高的温度下继续进行。该流体最终达到温度Th。(热出口温度)，在热出口处流体离开该床。通常，该流体被循环通过热侧换热器，在热侧换热器处该流体将其热量排放到周围环境。在第三阶段(“退磁”)中，流体流动被终止并且磁场被移除。这导致床进一步冷却。在循环的最后阶段(“从热到冷流动”)中，在持续没有磁场的条件下，在固定温度THi (热入口温度)的流体被从热侧流经床而泵送到冷侦U。随着该流体通过该床的每段，故该流体被冷却，达到温度Tc。(冷出口温度)，该温度Tc。是流体在循环中达到的最低温度。通常，该较冷的流体被循环通过冷侧换热器，在该冷侧换热器处该较冷流体从制冷系统获取热，使得该系统保持在其低温下。
[0027]完成执行AMR循环的四个阶段所需的时间称为循环时间，循环时间的倒数被称为循环频率。MR系统的“温度跨度”被定义为TH1-Tei，Ta1-Tci是入口流体温度的差值。AMR循环类似于简单的蒸汽压缩循环，其中气体压缩(导致气体受热)起磁化的作用，而气体的自由膨胀(使气体温度降低)起退磁的作用。尽管图2示出单床MR系统的工作，然而，在替选实施方式中，可以在单系统中组合多个床(每个床经历相同的AMR循环)以增大冷却能力，减小系统尺寸，或者另外改善AMR循环的实施。
[0028]通常，I特斯拉至2特斯拉的磁场被用来有效地开发用于制冷的磁热效应。该磁场通常由强的NdFeB磁体的组件来提供。最高等级的NdFeB磁体的剩磁大约为1.5特斯拉。比这更强的磁场的使用会改善MR性能，但是为了获得超过该剩磁的磁场，需要大大(可能禁止的)增大磁体尺寸和重量。因此，1.5特斯拉是提供在MR系统尺寸和性能之间基本上最佳平衡的磁场强度。随着永磁技术的提高，可以获得大于1.5特斯拉剩磁的磁体。在这种情况下，MR系统的最佳场强强度会相应地增大。
[0029]永磁组件通常是MR中最昂贵的部件。为了充分利用这种昂贵的资源，在MR中使用的磁热材料应该具有最强的可能的磁热效应。该材料应该还避免使用任何有毒的、反应性的或者稀有的(因此昂贵的)成分。前面的构思排除了例如Gd的商业使用，Gd是无毒、惰性并且便宜的，但是具有弱的磁热效应。使用Gd或者其他具有类似磁热强度的材料的MR系统对于商用应用而言太大。镧铁娃氢化物(LaFeSiH)是用于商业MR系统的最有前景的磁热材料之一。LaFeSiH的描述可以参见Fujita等人的标题为
Itinerant-electron metamagnetic transition and large magnetocaloric effects inLa(FexSih)13Compounds and their hydrides” 的文章(Physical Review B67(2003))，其全部公开内容通过引用方式并入本文。该LaFeSiH材料具有强的磁热效应。例如，图3示出LaFeSiH的磁热强度的两个最重要的量度，即，在1.0特斯拉的磁场中的等温熵变(左图)和热容(右图)。为了比较，还示出对于Gd的相同性能。由于大大增强的磁热强度，故使用LaFeSiH的MR系统可以比使用Gd的系统更紧凑。尽管LaFeSiH具有作为成分的稀土金属La (镧)，然而，由于La是稀土金属元素中最丰富的一种元素，故LaFeSiH仍然是便宜的。
[0030]在大多数的冷却应用中，温度跨度会很大，通常约为30°C (54° F)或更大。尽管MR系统支持的总跨度可以很大，然而系统中的床的给定轴向截面内的温度在制冷循环中会保持在较窄的范围内。例如，图4示出，对于设计成家用空调器的特定MR系统，根据床中的轴向位置的在制冷循环中的理论最低流体温度和理论最高流体温度。对于这种情况，尽管总温度跨度是37°C，但床中的每个轴向位置经历了围绕其平均值仅±2°C的温度变化。如果该床由单一的磁热材料组成，则床的一些区域因此会处于远离其居里温度的温度。床的这些区域将经历小的熵变并且将具有低的热容(见图3)。这些区域将表现为更像被动蓄冷器并且对于系统的冷却能力贡献很小。床体积的这种低效率使用可以通过使用分层床(极大增强MR系统性能)避免。在分层床中，每一层含有磁热材料，该磁热材料的居里温度匹配于在循环中该层的平均温度。通过以这种方式选择层材料的居里温度，每一层将具有在循环期间的强的熵变以及大的热容。因此所有的层将会在制冷循环期间主动地贡献，这极大地改善了系统的整体性能。除了具有强的磁热效应以外，通过改变氢(H)含量而使其对于用在分层床中是理想的，LaFeSiH的居里温度可以容易地控制在±60°C (室温MR系统的关注范围)之间。
[0031]在图5中证实了与使用LaFeSiH的分层床相关的优点，图5示出对于由5层LaFeSiH形成的床，样机MR系统的根据温度跨度而测量的冷却功率。在替选实施方式中，可以使用更少或者更多的层。为了比较，该图还示出在同样的工作条件下，具有单一 Gd层的相同床的性能。例如，在13°C的温度跨度下，分层的LaFeSiH床提供的冷却功率超过Gd床
的三倍。
[0032]尽管LaFeSiH看来是用于MR的理想材料，然而，其性能不稳定。已经表明，当将该材料保存在很接近其居里点的温度时该材料经历了其磁热强度的逐渐变差，参见在2011年IEEE国际磁学会议(台北，台湾)的会议ED-07上出现的A.Barcza等的标题为“Stabilityand magnetocaloric properties of sintered La (Fe, Mn, Si) 13HZ alloys，，的文章(以下简称“A.Barcza等”)中所描述的，其全部公开内容通过引用方式并入本文。这种变差很容易在差示扫描量热法(DSC)中观察到。图6示出LaFeSiH全新样品的DSC迹线，该迹线具有单一的尖峰。该图还示出DSC迹线中该峰的宽度。为了比较，图7示出同一样品在保持接近其居里温度超过一年以后的DSC迹线。当样品保持在接近其居里温度的温度时，DSC迹线表明铁磁相到顺磁相的变化在宽度上加宽并且在高度上降低。最终，如在图7和A.Barcza等的文章中所示，这种材料初始的大且尖的转变将分成两个宽且浅的峰(“老化分裂”)。如磁力测定所测量和A.Barcza等的文章中所示，DSC迹线的老化分裂伴随着材料熵变的降低。分裂发生的速率取决于温度。对于在2°C下存储的2°C居里点的LaFeSiH,峰的明显加宽大约需要10天，分裂峰的形成大约需要60天。对于在20°C存储的20°C居里点的LaFeSiH材料，分裂峰在大约10天内形成。对于在32°C存储的32°C居里点的材料，分裂峰在大约5天内形成。[0033]只要氢含量低于1.5/化学式单位，则LaFeSiH的老化过程看起来不依赖于合成方法。在被弧熔、然后退火数周以形成I至13个相、然后氢化的材料中看出老化过程。在通过熔融纺丝或者雾化被快速凝固、然后退火数小时或者更少以形成I至13个相、然后氢化的材料中也看出老化分裂过程。在具有稍微不同的组成的不同LaFeSiH样品(如 Lah29(Fea88Siai2)13Hy 和 Lah2(Fea 888Siail2)13Hy)中看出老化分裂过程。在Pra6Laa6(Fea 888Siail2)13Hy样品中也看出老化分裂过程,其中Pr被一些La取代以增大磁热强度。因此，老化分裂过程通常会发生在RE(TMxSi1J13Hy材料(其中RE代表稀土元素，如La、Ce、Pr或Nd ;TM代表过渡金属，如Fe、Cr、Mn或Ni ；x<0.15, y〈l.5)形式的磁热材料中。在示例性实施方式中，y的值可以在大约0.8和1.5之间。可替选地，可以使用不同范围的y值。如本文中所论述的，可以使用不同的y值以产生具有不同居里温度的磁热材料。
[0034]当磁热材料在MR系统中使用时，磁热材料将不可避免地暴露于接近其居里温度的温度。事实上，在分层床中，层中的材料被选择成具有与在MR循环期间得出的该层的平均温度相等的居里温度。因而，如果在MR系统中使用部分氢化的LaFeSiH,或者更普遍的RE (TMxSi1J I3Hy,其磁热性能将随时间而退化。尽管部分氢化的RE (TMxSi1J 13Hy材料有超过其他磁热材料的明显优点，然而部分氢化的RE (TMxSi1J I3Hy材料的磁热性能的这种退化会潜在地阻碍其在商用MR系统中的使用。
[0035] 申请人:已经发现，当退化的RE (TMxSi1J I3Hy材料随后被保持在远离其居里点的温度(例如，较高或较低的温度)时，退化过程逆转并且最终材料的性能返回到其初始状态。此外， 申请人:发现，如图8中所示，材料恢复在较高温度下较快地进行。具有26.7°C的居里温度的材料(即LaFeSiH)通过在该温度下存储超过一年而老化分裂直至如通过DSC所测量的磁转变宽度达到14°C。如通过DSC所测量的这种初始的磁转变宽度为2.1°C。退化的材料然后被暴露于如图中所示的不同温度(即，38.5°C、44°C、60°C和100°C)下。在44°C下暴露大约6天足以将材料完全恢复到其初始状态，以及在60°C下暴露大约3天足以将材料完全恢复到其初始状态。在100°C下暴露不到I天足以获得老化分裂的完全逆转。 申请人:还发现Pr。.^aa5(FehSix)13Hy的老化分裂退化通过该热处理也是完全可逆的。如图9中所示，通过暴露于降低的温度也得到了老化分裂`的LaFeSiH的初始的尖的磁转变的恢复，但过程较慢地进行。LaFeSiH材料最初具有1.2°C宽度的磁转变，LaFeSiH材料被保持在接近37°C的其居里点6天后，磁转变被加宽到4.4°C。通过在5°C下保持材料得到恢复。100天后恢复完成。在示例性实施方式中，用来恢复磁热材料的再生温度可以低于氢开始离开磁热材料的最高温度。该最高温度大约为180°C。
[0036]因为老化分裂退化可以以相对简单的方式完全地可逆，所以RE (TMxSi1J I3Hy材料可以在适当改动的MR系统中使用，这形成了本文所描述的主题的基础。在具有磁热材料的分层床的MR系统工作的通常模式下，材料层将保持接近其各自的居里温度，这将导致磁热材料变差。此外，当系统不工作时，居里点接近环境温度的磁热材料部分也会变差。因此， 申请人:已经开发了一种改进的MR系统，该改进的MR系统被配置成在不同于磁热材料居里温度的温度下保持磁热材料层以逆转会发生的任何老化分裂退化并且恢复其全部的磁热效应。磁热材料被保持的温度可以高于或者低于磁热材料的居里温度，根据所需的恢复速率，系统容量等，磁热材料被保持的温度可以与居里温度相差10°C、25°C、50°C、100°C等。在示例性实施方式中，磁热材料被保持的温度可以与居里温度相差大约10°C。[0037]在一个示例性实施方式中，MR系统使用RE(TMxSiLx) 13Hy作为磁热材料并且具有接入流动系统中的加热元件。另外，当MR系统处于空闲(例如，在夜间的住宅空调机)时，力口热元件可以被激活。然后MR系统使受热的流体循环通过磁热材料，完全地逆转由于上次高温处理可能已经发生的任何老化分裂。
[0038]在通常在冷换热器(CHEX)处吸收热量以及在热换热器(HHEX)处排出热量的MR系统的特定情况下，加热器可以与该冷换热器并联地接入。如图10中所示，在标准的冷却模式下，流被导向通过CHEX和HHEX。如图10中所示，AMR型制冷机在冷却模式下工作，该制冷机包括一个或多个退磁的床，这些床对与待冷却的负载热接触的冷换热器提供冷却。一个或多个磁化的床排出热量到热换热器。在一个实施方式中，每个床包括具有在约从T。到Th范围内的居里点的RE(TMxSih)13Hy的层，其中Th>T。。
[0039]图11示出在恢复模式下工作的AMR型制冷机。在一个实施方式中，与多个床串联的加热器加热这些床到比这些床中的材料的最高居里点高出10°c之上，这些换热器被绕开。如图11中所示和下文更详细的讨论，当恢复模式开始时，阀门将流切换成远离冷换热器并且将流重导向到加热器。当在恢复模式时，可以添加第二阀门以切换流远离热换热器(也见图11)。这两个阀门将MR系统热隔离，从而使用较小的加热器功率可以将其加热到高于系统中所有磁热材料的居里点约10°C的温度。如果在恢复模式期间暂停磁体运动或流体倒流，AMR循环操作被暂停，这降低了保持在恢复模式下所需要的加热器功率的量。因为磁体运动和流体倒流利用额外的电功率，所以暂停这些操作也降低在恢复模式下系统所消耗的功率量。
[0040]在替选实施方式中，冷却系统除了具有加热元件之外，冷却系统还可以包括两个独立的MR子系统。第一 MR子系统可以提供如图10的冷却，而同时第二子系统的床经历如图11的热处理，以逆转老化分裂。在这些操作条件下持续一定时间(例如，I小时、2小时、4小时、12小时等)后，可以切换MR子系统，第二子系统提供冷却而第一子系统经历热处理。在峰值冷却需求的时段，两个MR子系统都可以提供冷却功率。在另一个替选实施方式中，该系统可以并入多于两个的子系统，一些子系统提供冷却功率而其余子系统经历热处理。
[0041]在另一个替选实施方式中，冷却系统可以具有两段，每一段包含分层的AMR床。冷段可以具有从T。到Tm范围的居里温度，而热段可以具有从Tm到Th范围的居里温度，其中Th>Tm>T。。在空调机实施中，T。可以具有10°C的值，Tm可以具有25°C的值，Th可以具有40°C的值。在替选实施方式和/或实施中，可以使用不同的温度值。当想要恢复热段磁热材料时，冷段可以在冷却模式下工作，产生温度接近T。的冷出口流体流。该冷流体不流经冷侧换热器，而是可以被导向通过热段以得到接近T。的热段温度。因为T。远低于热段中的所有居里温度，所以暴露于此温度可以逆转热段中的任何老化分裂。类似地，当需要恢复冷段磁热材料时，热段可以在冷却模式下工作并且因此可以产生温度接近Th的热出口流体流。该热流体不流经热侧换热器，而是可以被导向通过冷段以使其温度接近Th。因为该温度远高于冷段中的所有居里温度，暴露于该温度可以逆转冷段材料的任何老化分裂。
[0042]在另一个替选实施方式中，系统可以包括两个独立的MR子系统，每个子系统具有如在上述实施方式中的两段，即热段和冷段。当需要最高冷却功率时，如图12中所示，两个子系统可以并行运行，每个子系统都提供冷却。在图12中，连接到泵和热HEX的段具有作为磁热材料的LaFeSiH,其居里点在从Th到Tm的范围内。连接到冷HEX的段具有居里点从Tm到T。的范围内的LaFeSiHMCM。在示例性实施方式中，居里点在Tm的MCM位于连接到另一个床的床的端部。如图13所示，当需要较小的冷却功率时，一个子系统可以运行在冷却模式下，而另一个子系统可以运行在恢复模式下以修复其磁热材料的性能。在图13中，下子系统提供冷却功率而上子系统处于恢复模式。来自下子系统的退磁床的冷出口流体流的至少一部分转向上子系统的热段床。同时，下子系统的磁化床的热出口流体流的一部分转向上子系统的冷段床。还可以改动该实施方式以并入多于两个的子系统，一些子系统提供冷却功率而剩余的子系统经历热处理。在该一般情况下，每个子系统可以具有如上文所述的两段。
[0043]在另一个替选实施方式中，磁制冷系统的可能的多个床可以被设计成容易地从系统可移除和可更换。因此已经由于老化分裂而退化的床可以被移除且用全新床替换。在可以在物理上远离磁制冷系统的单独装置中，通过暴露于充分远离它们含有的所有层的居里温度的温度，退化的床可以返回到全新状态。例如，这个装置可以是具有加热器的简单的流动回路，其能够使流体在高温下循环经过退化的床，或者这个装置可以是使床保持高温的烘箱。一旦恢复到全新状态，则这些床可以被重新安装到磁制冷系统中。
[0044]本文描述的任何操作可以由计算系统进行，该计算系统包括处理器、存储器、发射器、接收器、显示器、用户接口、和/或本领域的普通技术人员已知的其他计算机部件。可以使用本领域的普通技术人员已知的任何类型的计算系统。在一个实施方式中，本文描述的任何操作可以被代码化成存储在计算机可读介质上的指令。计算系统可以被利用以执行这些指令，从而这些操作被执行。
[0045]实施例
[0046]为了验证老化分裂退化对磁制冷机性能的影响，并且为了验证高温处理对于逆转这种退化是有效的，磁制冷机的床被装填五层La (Fetl 885Sia 115) Hy材料，每一层具有不同的y值并且因此具有不同的居里点。这些层的居里点初始为81:、111:、151:、181:和211:。在标准组的操作条件下测试了机器，其中循环频率为3.33Hz，流动速率为6升/分钟，热入口温度为25°C，由电加热器提供的冷却负荷为400瓦。在作为MR操作之前，床中的LaFeSiH被35°C的水性流体充满达80小时以使材料达到其初始状态。在标准工作条件下具有全新材料的机器的温度跨度为13.4°C。然后使该机器在22°C的环境温度下处于非工作状态，持续10天。在该状态中，居里温度为18°C和21°C的材料预计会经历老化分裂退化，事实上，在该10天处理后的机器的在标准工作条件下的温度跨度下降到仅2.9°C。然后LaFeSiHMCM被50°C的水性流体充满达19小时以使材料达到其初始状态，AMR模式下的机器在冷却负荷为400瓦以及热入口温度为25°C的标准条件下的温度跨度经测量为13.2°C。因此，使LaFeSiH MCM处于比材料的居里点高出10°C之上的温度持续19小时，能够在将MCM保持在接近其居里点且持续10天时发生的性能大幅降低后恢复MCM的性能。
[0047]本文所描述的主题有时说明在不同的其他部件内包含的不同部件或者与不同的其他部件连接的不同部件。应当理解，这样描述的结构只是示例性的，事实上，可以实施实现相同功能的多种其他结构。在概念意义上考虑，实现相同功能的部件的任意布置有效地“关联”使得实现所需功能。因此，本文实现特定功能的所组合的任意两个部件可以被视为“关联”于彼此使得实现所需功能，而与结构或中间部件无关。同样，如此关联的任意两个部件也可以被视为“可操作地连接”或“可操作地耦联”于彼此以实现所需功能，以及，能够如此关联的任意两个部件也可以被视为“可操作地可耦联”于彼此以实现所需功能。可操作地可耦联的具体实施例包括但不限于物理上可耦联和/或物理上交互的部件和/或无线可交互和/或无线交互的部件和/或逻辑交互和/或逻辑可交互的部件。
[0048]关于本文中基本上任何复数和/或单数措辞的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或用途从复数变换到单数和/或从单数变换到复数。为清楚起见，本文中明确地列举了多种单数/复数的转换。
[0049]本领域技术人员可以理解，一般来说，本文中所使用的术语，特别是所附的权利要求书(例如，所附的权利要求的主体)中使用的术语通常旨在表示“开放性”的术语(例如，术语“包括”应当被理解成“包括但不限于”，术语“具有”应当被理解成“至少具有”，术语“包含”应当被解释成“包含但不限于”等)。本领域技术人员还应理解，如果旨在引用特定数字的权利要求，则在权利要求中将明确地说明，并且在没有这种引用时，则没有这样的意图。例如，为了帮助理解，所附权利要求书可包含用于引入权利要求引用的介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用。然而，这种短语的使用不应理解成暗示，不定冠词“一”或者“一个”将包含这种引入的权利要求的任何特定权利要求限制到仅包含一个这样引用的发明，甚至当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及不定冠词例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”通常应被解释成表示“至少一个”或“一个或多个”)时；对于介绍权利要求的引用的定冠词的使用，同样如此。另外，即使明确地列举了特定数字的引用权利要求，本领域技术人员将认识到，这种叙述通常应当被理解成至少所引用的数字(例如，无其它修饰语的“两个引用”的基本叙述，通常表示至少两个引用，或者两个或更多的引用)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用语的情况下，一般来说，这一结构在本领域技术人员看来将理解该惯用语(例如，“系统具有A、B和C中的至少一个”将包括但不限于以下系统:单独具有A、单独具有B、单独具有C、同时具有A和B、同时具有A和C、同时具有B和C、和/或同时具有A、B和C等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯用语的情况下，一般来说，这一结构在本领域技术人员看来将理解该惯用语(例如，“系统具有A、B或C中的至少一个〃将包括但不限于以下系统:单独具有A、单独具有B、单独具有C、同时具有A和B、同时具有A和C、同时具有B和C、和/或同时具有A、B和C等)。本领域技术人员还应理解，实际上，无论是在说明书、权利要求、还是附图中，表示两个或更多的替代性术语的任何析取词和/或短语都应当被理解成给出了包括这些术语之一、这些术语任一个、或两个术语的可能性。例如，短语“A或者B”将被理解成包括“A”或“B”或者“A和B”的可能性。
[0050]为了说明和描述的目的，已经给出了示例性实施方式的上述说明。就所公开的明确形式而言，不旨在穷举或限制，根据上述教导可做出多种修改和变型或者从公开的实施方式的实施中可以获得多种修改和变型。应该指出，本发明的范围是由所附的权利要求书及其等价物来限定。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 识别磁冷却系统中的磁热材料的至少部分退化，其中，所述磁热材料具有居里温度；和 通过将所述磁热材料保持在再生温度下而使所述磁热材料再生，其中，所述再生温度不同于所述磁热材料的所述居里温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述再生温度与所述居里温度相差至少5摄氏度。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述再生温度与所述居里温度相差至少10摄氏度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁热材料包括氢，其中所述再生温度低于最高温度，所述最高温度是所述氢的至少一部分将开始离开所述磁热材料时的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁热材料包括RE(TMxSiy)13Hz，其中RE是稀土元素以及TM是过渡金属。
6.如权利要求1所述的方法，还包括:在所述再生温度下保持所述磁热材料时，暂停所述磁冷却系统的主动式磁蓄冷器循环。
7.如权利要求1所述的方法，还包括: 从所述磁冷却系统移除所 述磁热材料，使得在远离所述磁冷却系统的所述再生温度下保持所述磁热材料；和 所述磁热材料由再生的磁热材料替换。
8.如权利要求1所述的方法，其中，再生包括逆转所述磁热材料的老化分裂。
9.一种方法，包括: 形成磁冷却系统的至少一个床，其中，所述至少一个床包括磁热材料，所述磁热材料具有居里温度，其中，传热流体被配置成将热传递到所述至少一个床中的所述磁热材料或者从所述至少一个床中的所述磁热材料传热； 形成所述磁冷却系统的至少一个阀门以控制所述传热流体流经所述至少一个床和加热器或换热器，其中，所述传热流体在所述至少一个床和所述加热器之间的流动通过在再生温度下保持所述磁热材料来再生所述磁热材料，所述再生温度不同于所述磁热材料的所述居里温度。
10.如权利要求9所述的方法，其中，在所述至少一个床和所述换热器之间的所述传热流体的流动使所述磁热材料冷却。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个床包括多个层，其中，所述至少一个床的每个层包括具有不同居里温度的不同磁热材料，其中，在给定层中的所述不同磁热材料的所述不同居里温度是在主动式磁蓄冷器循环期间的所述给定层的平均温度。
12.一种装置，包括: 传热流体； 床，所述床包括具有居里温度的磁热材料，其中，所述床被配置成允许所述传热流体传热到所述磁热材料或者从所述磁热材料传热；和 加热器，所述加热器配置成在再生温度下保持所述磁热材料且持续一时间量，以再生所述磁热材料，其中，所述再生温度不同于所述磁热材料的居里温度。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述加热器被配置成借助所述传热流体加热所述床。
14.如权利要求12所述的装置，其中，所述再生温度大于所述居里温度。
15.如权利要求12所述的装置，其中，所述床包括多种具有不同居里温度的磁热材料，且所述再生温度大于所述不同居里温度中的最高居里温度。
16.如权利要求12所述的装置，其中，所述加热器远离所述床，所述床被配置成从所述装置暂时地移开以用于通过所述加热器再生。
17.—种传热系统,包括: 第一子系统，包括: 第一传热流体； 第一床，所述第一床具有第一磁热材料，其中，所述第一磁热材料具有第一居里温度； 和 第一阀门，所述第一阀门配置成控制所述第一子系统在再生模式下工作或者在冷却模式下工作；和 第二子系统，包括: 第二传热流体； 第二床，所述第二床具有第二磁热材料，其中，所述第二磁热材料具有第二居里温度；和 第二阀门，所述第二阀门配置成控制所述第二子系统在再生模式下工作或者在冷却模式下工作。
18.如权利要求17所述的传热系统，其中: 在第一时段期间，所述第一阀门被配置成控制所述第一子系统在所述冷却模式下工作并且所述第二阀门被配置成控制所述第二子系统在所述再生模式下工作；和 在第二时段期间，所述第一阀门被配置成控制所述第一子系统在所述再生模式下工作并且所述第二阀门被配置成控制所述第二子系统在所述冷却模式下工作。
19.如权利要求17所述的传热系统，其中，在给定的时段期间，所述第一阀门被配置成控制所述第一子系统在所述冷却模式下工作并且所述第二阀门被配置为控制所述第二子系统在所述冷却模式下工作。
20.如权利要求17所述的传热系统，其中: 所述第一床包括第一多层，其中，所述第一床的各层包括具有不同居里温度的不同磁热材料，所述第一子系统包括冷段，使得在所述第一多层中的所述不同磁热材料的不同居里温度在T。和Tm之间的范围内；和 所述第二床包括第二多层，其中，所述第二床的各层包括具有不同居里温度的不同磁热材料，所述第二子系统包括热段，使得在所述第二多层中的所述不同磁热材料的不同居里温度在Tm和Th之间的范围内，其中，Th>Tm>T。。
21.如权利要求20所述的传热系统，其中，当所述冷段在所述冷却模式下工作时，所述第一传热流体处于温度T。，所述第一阀门和所述第二阀门中的至少一个阀门引导在所述温度T。下的所述第一传热流体通过所述热段以再生所述热段。
22.如权利要求20所述的传热系统，其中，当所述热段在所述冷却模式下工作时，所述第二传热流体处于温度Th，并且所述第一阀门和所述第二阀门中的至少一个阀门引导在所述温度Th的所述第二传热流体通过所述冷段以再生所述冷段。
【文档编号】F25B21/00GK103748424SQ201280035141
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年7月18日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】卡尔·B·齐姆, 史蒂文·A·雅各布斯 申请人:美国宇航公司