磁制冷器件和包括其的磁制冷装置的制作方法

本实用新型总体上涉及磁器件领域，更特别地，涉及一种在宽的温度范围内具有良好的制冷效果的、结构稳定的磁制冷器件，以及包括该磁制冷器件的磁制冷装置。

背景技术：

传统的诸如氟利昂之类的含氟制冷剂由于会对大气层造成不可逆转的伤害，已经被逐步淘汰。目前广泛使用的制冷剂包括例如R134a和R600a等，其都是无氟制冷剂。这些制冷剂与压缩机配合使用，在密封系统中通过逆卡诺循环来实现制冷效果。然而，这种制冷方式仍存在许多缺点，例如这些制冷剂本身仍具有一定的毒性、气态的制冷剂容易泄露、循环系统结构复杂、制冷效率低、能耗大等。

磁制冷是以固态磁性材料为制冷工质的一种新型绿色环保的制冷技术，其基本原理是借助于磁制冷材料的磁热效应，即在等温条件下，当磁场强度增加(磁化)时磁制冷材料的磁矩趋于有序排列，磁熵降低，向外界排热；当磁化强度减弱(退磁)时磁制冷材料的磁矩趋于无序排列，磁熵增加，磁制冷工质从外界吸热，从而达到制冷的目的。与传统的基于气体压缩的制冷技术相比，磁制冷技术具有高效节能，绿色环保、运行稳定等优势，是未来制冷技术的有力候选者之一。

为了实现良好的磁制冷效果，需要使用具有大的磁熵变的磁制冷材料。然而，磁制冷材料一般在磁相变温度Tc附近具有磁熵变极大值，在磁相变温度Tc两侧，磁熵变值都会急剧减小。也就是说，对于单一一种磁制冷材料而言，其仅在磁相变温度Tc附近具有最佳的磁制冷效率，而在其他温度下，磁制冷效率会急剧降低。

为了在较宽的温度范围内实现较佳的制冷效率，可以使用包括多种磁制冷材料的混合材料，这些磁制冷材料每种都具有不同的磁相变温度Tc，从而该混合材料可以在较宽的温度范围内实现较佳的制冷效率。为了便于使用，这种包括多种磁制冷材料的混合材料可制作成合金的形式，或者可制作成多层结构的形式，每个层包括不同的磁制冷材料。然而，由于各种磁制冷材料具有不同的相变温度，因此他们在不同时间发生相变，导致各种磁制冷材料的颗粒或者层在使用一段时间之后容易彼此解离，影响其正常使用。

因此，需要提供一种磁制冷器件，其能够在宽的温度范围内具有良好的制冷效果，并且具有良好的结构稳定性。

技术实现要素：

本实用新型的一个方面在于提供一种磁制冷器件，其能够在宽的温度范围内具有良好的制冷效果，并且具有良好的结构稳定性。

本实用新型的另一方面在于提供一种包括该磁制冷器件的磁制冷装置。

根据一示例性实施例，一种磁制冷器件包括：绝缘衬底；以及形成在所述绝缘衬底上的多个磁制冷层，所述多个磁制冷层分别形成在所述绝缘衬底的表面上的多个不同区域中并且位于同一层平面内；以及多个端子，形成在所述多个磁制冷层上以向所述多个磁制冷层施加不同的电压。

在一些示例中，所述多个磁制冷层彼此间隔开，并且每个磁制冷层具有两个端子以施加不同的电压。

在一些示例中，所述多个磁制冷层在每个磁制冷层的周边上的一位置处彼此连接在一起，所述多个端子包括在所述多个磁制冷层的连接部分处的公共端子，以及在每个磁制冷层上的专用端子。

在一些示例中，所述专用端子形成在每个磁制冷层的与所述公共端子相反的一侧。

在一些示例中，所述多个磁制冷层是相同材料层。

在一些示例中，所述多个磁制冷层具有相同的厚度。

在一些示例中，所述多个磁制冷层具有不同的面积。

根据另一示例性实施例，一种磁制冷装置包括：上述磁制冷器件中的任一种；电压源，连接到所述磁制冷器件中的每个磁制冷层的端子以向每个磁制冷层施加不同的电压；以及磁场发生器，与所述磁制冷器件相邻地设置以向所述磁制冷器件施加可变磁场。

在一些示例中，所述磁场发生器是电磁铁或能相对于所述磁制冷器件移动的永磁体。

在一些示例中，所述磁制冷装置还包括：导热流体通道，所述磁制冷器件设置在所述导热流体通道中。

本实用新型的磁制冷器件能在宽的温度范围内实现良好的制冷效果，并且具有良好的结构稳定性，因此能够广泛用于各种制冷应用中。

附图说明

图1A示出根据本实用新型一示例性实施例的磁制冷器件的俯视图；

图1B示出图1A所示的磁制冷器件的侧视图；

图2A示出根据本实用新型另一示例性实施例的磁制冷器件的俯视图；

图2B示出图2A所示的磁制冷器件的侧视图；以及

图3示出根据本实用新型一示例性实施例的磁制冷装置的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述本实用新型的示例性实施例。

图1A和图1B分别示出根据本实用新型一示例性实施例的磁制冷器件100的俯视图和侧视图。

参照图1A和1B，磁制冷器件100包括衬底101和形成在衬底101上的多个磁制冷层，示为110、120、130和140。衬底101可以是绝缘衬底，例如玻璃衬底、二氧化硅衬底、蓝宝石衬底等，也可以是具有绝缘表面层的半导体或导体衬底，例如具有二氧化硅表面的硅衬底等。衬底101的厚度可以根据实际需要来进行选择，一般可以在例如100μm至2cm的范围内。

磁制冷层110、120、130和140可以由相同磁制冷材料形成，并且这些磁制冷层110、120、130和140位于衬底101的表面上的不同区域中，处于同一层平面中，而不是彼此层叠。在图1A和图1B的实施例中，这些磁制冷层110、120、130和140是彼此间隔开的，从而彼此绝缘；在后面描述的另一些实施例中，这些磁制冷层110、120、130和140也可以在某些部分彼此连接成一体，从而彼此电连接。虽然图1A和图1B的实施例示出了四个磁制冷层，但是应理解，根据本实用新型的磁器件100可包括更多或更少数量的磁制冷层，例如2个、3个、5个、6个、更多个等等。而且，每个磁制冷层的形状不限于图1A所示的矩形，还可以是其他形状，例如条形、椭圆形状等。还应理解，多个磁制冷层在衬底101上的排布方式不限于图1A所示的矩阵方式，而是可以按各种规则或不规则的图案排列。

在一些实施例中，各个磁制冷层可以具有相同的厚度，但是具有不同的面积，从而各个磁制冷层具有不同的体积，从而具有不同的储热量。

每个磁制冷层上可以形成有两个端子以用于向该磁制冷层施加电压。如图1A所示，磁制冷层110上形成有端子112和114，磁制冷层120上形成有端子122和124，磁制冷层130上形成有端子132和134，磁制冷层140上形成有端子142和144。每个磁制冷层上的该对端子可以形成在该磁制冷层的相对两侧的表面上(如图1A所示)，也可以形成在该磁制冷层的相对两侧的侧边缘上。优选地，该相对两侧可以是沿磁制冷层的长边的相对两侧，或者是沿磁制冷层的对角线的相对两侧。当然，在一些实施例中，该相对两侧也可以是沿磁制冷层的短边的相对两侧。

在图1A和图1B所示的磁器件100中，虽然包括有相同材料制成的多个磁制冷层，也就是说，这多个磁制冷层具有相同的本征磁相变温度Tc，但是应理解，磁制冷材料的本征磁相变温度Tc可以随施加到其上的电压的大小而发生变化。因此，在图1A和图1B所示的磁器件100中，可以通过利用端子向每个磁制冷层施加不同的电压，从而使每个磁制冷层的实际磁相变温度Tc'彼此不同，从而在宽的温度范围内实现良好的制冷效果。而且，由于这些磁制冷层彼此不层叠，因此也不会因彼此不同的磁相变温度而发生解离，从而具有良好的结构稳定性，有利于延长磁器件的使用寿命。

图2A和2B分别示出根据本实用新型另一示例性实施例的磁制冷器件100的俯视图和侧视图。在图2A和2B所示的实施例中，与图1A和1B所示的实施例相同的部件用相同的附图标记指示，这里不再重复描述。下面将主要描述二者之间的不同之处。

如图2A和2B所示，各个磁制冷层110、120、130和140可以在其周边上的某一位置处彼此连接成一体，并且在连接部分上形成有公共端子102。在每个磁制冷层上远离公共端子102的一端，还形成有各自的专用端子，例如层110的端子112，层120的端子122，层130的端子132，以及层140的端子142。这样，在图2A和2B所示的实施例中，可以在公共端子102上施加公共电压，例如接地电压，而在各自的端子上施加不同的电压，从而使得每个磁制冷层上的电压彼此不同，从而每个磁制冷层的实际磁相变温度Tc'也彼此不同。从而，同样可以在宽的温度范围内实现良好的制冷效果，而且由于这些磁制冷层彼此不层叠，因此也不会因彼此不同的磁相变温度而发生解离，从而具有良好的结构稳定性，有利于延长磁器件的使用寿命。

图3示出根据本实用新型一示例性实施例的磁制冷装置200的结构框图。如图3所示，磁制冷装置200可包括磁制冷器件100，其可以是根据上面描述的任何实施例或其变型的磁制冷器件。磁场发生器件210与磁制冷器件100相邻地设置，以向磁制冷器件100施加可变磁场。磁场发生器件210可以是电磁铁，其根据所施加的电流而产生不同大小的磁场；或者也可以是永磁体，其可相对于磁制冷器件100移动以改变施加给磁制冷器件100的磁场的大小。此外，磁制冷装置200还包括电压源220，其用于向磁制冷器件100中的各个磁制冷层(例如图1A-2B所示的110、120、130和140)施加不同的电压，从而将各个磁制冷层的磁相变温度调节为彼此不同。

虽然未示出，但是磁制冷器件100置于一导热流体通道中，并且导热流体流过磁制冷器件100。当因磁场增大而磁制冷器件100升温时，导热流体可以沿一方向流过磁制冷器件100，从而带走热量；相反，当因磁场减小而磁制冷器件100将温时，导热流体可以沿相反方向流过磁制冷器件100，从而携带冷量以冷却目标环境，从而实现制冷效果。当然可理解的是，当空气用作导热流体时，导热流体通道可被省略。

磁制冷装置200还可包括一些辅助器件，例如用于使导热流体流动的动力装置等，因为这些装置都是本领域已知的，而且与本实用新型的改进点并非紧密相关联，因此这里将省略对其的详细描述，以避免使本说明书冗长和模糊不清。

虽然上面结合某些特定实施例描述了本实用新型，但是应理解，本实用新型并不局限于这些特定实施例。本领域普通技术人员在不脱离本实用新型的思想和范围的情况下，可以进行许多形式和细节上的改变。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等价物限定。