的热端 与冷端之间），并且Length是AMR(或AER)的长度。运可在假设进入再生器的换热流体具有适 当的溫度曲线情况下，由本领域普通技术人员使用简单的几何变量，来简单地展示理想的 系统。多层AMR(或AER)的总(循环)再生器冷却能力(J)的一阶估算与"理想的"多层结构中 的 A Tcoid ? A Scold ? Tcoid ? Length ? Area ? Density ?化cking-Density/Span成比例，其 中，Length是再生器的长度，Area是再生器的横截面面积，Density是材料的密度，W及 Packing-density是具有主动制冷剂即磁热或电热的材料的体积％。冷却能力与W上公式 之间的比例系数可在0与1之间变化(在某些特定情况下，其甚至可W大于1)。对于沿整个再 生器的线性溫度曲线，比例系数是0.5。
[0048] 该讨论不限于冷却应用，并且适于用于热累送和能量回收应用的热发动机。
[0049] 从W上公式获得材料性能(并忽视密度），得到了磁热（或电热)材料的品质因数， 其是简单的AT AS。在实际的装置中，所应用的场的大小是有关联的，尤其从经济角度出 发，进一步细化将使该值相对于所应用的场而标准化。为简化起见，取材料的A S和A T的峰 值，可用品质因数来比较不同的材料。磁热材料的一些关键改进总结于下表中。
[0051] 总的来说，虽然如磁热(或电热)效应的磁滞、速度或寿命、或形状特性等考虑因素 可导致选择具有较低品质因数的材料，但是较大的品质因数优于较小的品质因数。
[0052] 最大赌差A S和最大A T在居里溫度处(或附近)发生。当具有增加的或降低的居里 溫度的多种材料W正确的方式级联时，它们可依循由叶片的热端与冷端之间的溫度梯度所 限定的溫度。当运些合适的材料沿叶片的长度用在多个溫度点处时，当磁(或电）场循环地 施加并且换热流体经过叶片循环地累送时，总的溫度梯度可显著地增加。
[0053] 此外，单单考虑居里溫度是不够的。多个元件的再生器冷却能力需要沿再生器的 长度最大化。除了多个元件必须具有缓慢增大的再生器冷却能力，上升的速率与AMR(或 AER)的跨度成比例，并与驱动冷却循环所需的输入功成比例。
[0054] 依据局部参数表达前述再生器公式，再生器的多个元件中的给定元件的冷却能力 定义为 A Tcoid,EL ? A Scold,EL ? Tcoid,EL ? Len邑theiL ? AreaEiL ? DensityLOC ? Packing- DensityEL/Spa邮L，对于该元件，其中，Tc。ld,EL、ASc。ld,E；L和ATc。ld,EL是元件中的局部材料的 局部冷却溫度、赌和"绝热"溫度变化，Length化是元件的长度，Are址L是元件的截面面积， density是元件中的局部材料的密度，Packing-densit评L是局部元件填充密度(主动制冷 剂的体积相对于总体积的％ )并且Spa址L是跨越元件的跨度。跨越每个元件的跨度的总和 是跨越再生器的总跨度。再生器的每个元件的冷却能力W与沿着该特定元件建立的局部溫 度梯度成比例的速率上升。如果溫度梯度沿整个再生器恒定，那么每个元件的局部溫度梯 度相等。在任何情况下，整个再生器的跨度是多个元件的跨度的总和。
[0055] 注意到，对于冷却能力计算，在所有情况下使用A S和A T的绝对值。运可理解为在 整篇该文件中都是运样。
[0056] 注意到，在实践中，面积、密度和填充密度跨越多个元件通常是相同的或相似的； 但是，在元件之间，长度可极大地不同，因此长度是可用于调整元件冷却能力的有用参数。
[0057] 在元件之间的边界处，并且在相邻元件由具有不同居里溫度，并由此具有不同A S 和A T性能的不同材料制成的情况下，在理想情况下需要冷却能力之间的平滑过渡。运可通 过调整各个元件的长度、或选择适当的材料或居里溫度来实现。
[0058] 然而，具有不同Tc的元件之间的变化是不连续的，仅可实现准连续的冷却能力，W 使在紧相邻元件之间的变化不大于30% (对于升降场变化而言）。运意味着，沿叶片本体的 两个元件之间的边界处的冷却能力在30%内相匹配。在元件边界处从一个元件到另一元件 的冷却能力的变化因此低于30%。一个元件内的冷却能力的最小值位于元件的两个端部中 的任一处。
[0059] 突变的A S和A T曲线(如一阶类型材料中发现的，例如图2c)将需要使用许多不同 的材料，并且将要求用于每个元件的更短长度等级（length scale), W确保准连续的冷却 能力。
[0060] 如果跨越多个元件中的每个元件的溫度梯度尽可能紧密地匹配，那么在元件之间 不产生局部溫度梯度，W使再生器内的局部损失最小化。但是，还可希望在再生器的端部处 具有平坦溫度梯度的区域。
[0061] 另外，在具有不同TcW及因此不同A T曲线的两种材料之间的界面处可出现局部 溫度梯度(或者在场上升时或者在场下降时）。运可引起增强的局部回流，或热逆着主溫度 梯度局部向前流动。为了避免运种产生破坏任何主动再生磁热发动机性能的赌的局部溫度 梯度，A T曲线应在界面处尽可能紧密地匹配。但是，如图2c所示，在给定溫度下用于上升和 下降场的A T曲线可非常不同，因此，虽然希望，但运种匹配是不完全可能的。因此，可在不 同材料之间使用低热导率的隔离件。运些隔离件几乎不影响总回流损失与冷却功率的比 (当冷却功率随着总间隔件长度线性下降时，回流也同样），但降低"局部损失"赌产生。
[0062] 本发明设及多材料叶片中的多个元件的材料选择标准，W便利用具有高品质因数 (大于礼)的材料，并使冷却能力沿AMR(或AER)的长度最大化。另外，冷却能力在紧相邻元件 之间应准恒定(在30%之内，并优选更低），沿着再生器的长度W与跨度和再生器的输入功 成比例的速率上升，其中任何元件内的最低冷却能力位于两个端部之一处。
[0063] 此外，按优先级，从冷到热沿AMR(或AER)的长度的居里溫度(Tc)应增加，冷却能力 应在材料界面处(对于上升和下降的场变化)匹配(通过正确选择材料Tc、填充密度、密度和 元件长度），并且在材料界面处(对于上升和下降的场变化）A T曲线之间的差应最小化。上 述材料选择标准应用于所有通道结构（在下面更详细地描述），包括但不限于，平行板（图 4)、平行板的堆叠、具有旋转90°的平行板的堆叠（图3)、穿孔板（图9)、穿孔板的堆叠（图8) W及其渐开线的（图16)和增强的变型(在此描述的）。
[0064] 此外，本发明设及间隔件，间隔件的存在在此使不同材料的元件之间的局部损失 最小化，并减小AMR(或AER)设计中的局部损失，间隔件的尺寸形成为使局部回流最小化。局 部溫度梯度，而不是总溫度梯度（跨度/长度）考虑因素，被用来确定它们的尺寸（具有在 50um至1 OOOum范围内的优选厚度）。运种间隔件应由低热导率材料(优选0.01至2W/mK)制 成，并允许换热流体经过开放式的多孔结构在相邻元件之间流动、或者换热流体在成形为 不完全堵塞通道的相邻元件之间流动。磁热材料的W上设置对根据本发明的所有基于通道 的结构都有效。
[0065] 优选地，所述多个元件中的每个元件都具有在0.1 W/mK至30W/mk、优选0.1 W/mK至 lOW/mk、更优选0.1 W/mK至5W/mk或更优选0.1 W/mK至2W/mk范围内的热导率。多个元件的低 热导率使AMR(或AER)中的所谓的回流损失最小化。回流损失是当用在磁热或电热发动机中 时，从叶片的热端到叶片的冷端自然流动的热。为了实现低热导率，必须使用适合的材料。 另外，当多个元件例如各自由不同磁热材料的挤压粘结粉末制成时，优选使用低热导率的 粘结剂。粘结剂优选具有比磁热材料的热导率低或最多相等的热导率。
[0066] 上述材料（W及它们的变体)可被选择为呈现出大的磁热（或电热）效应W及高的 品质因数，具有低热导率，并可在适当的长度等级上制造。运些材料具有在希望的溫度范围 内的居里溫度Tc。运些材料适于提供沿叶片长度具有不同居里溫度的元件，W增加在再生 循环中建立的总溫度梯度。此外，运些材料的冷却能力可匹配为提供最佳解决方案。
[0067] 结构和几何形状
[0068] 具有穿过叶片本体的专用通道的结构有助于避免发生在填充床AMR中的高压力损 失。先进的AMR(或AER)设计的目的是提供最大冷却而使损失最小化。根据上述标准选择材 料，使AMR(或AER)的冷却潜力最大化。但是，最小化损失还需进一步检查。
[0069] AMR(或AER)系统中的损失，增加了实现冷却量所需的输入功的量，从而降低了 AMR 装置的效率。为了使损失最小化，需要正确地确定AMR(或AER)的结构尺寸。
[0070] 已经提出了，与AMR(或AER)有关的一些原理上的损失是皿损失、回流损失、粘性损 失、局部损失和滞后损失。可通过使用低热导率制冷剂使回流损失最小化，可在多材料叶片 中使用间隔件W使局部损失最小化，并且使用低磁滞材料使滞后损失最小化。通道结构一 般减小粘性损失。但是，在通道AMR(或AER)系统中的主要损失是肥损失，肥损失与在将热从 制冷剂传递到换热流体从而到热交换器时流体中的溫度梯度有关。
[0071] 例如，在负绝热溫度变化之后，热流体遇到冷制冷剂，并发生快速的热交换（图2a 中的步骤CE)。然后，流体从热吹送到冷，并且较热的流体被推向较冷的材料，从而将热从流 体传递到材料，因而加热冷却材料（图2a中的步骤EA)。热传递的速率决定了完成（或希望 的)冷却剂热交换所用的时间（运通常限制了系统的最大操作频率）。靠近壁的流体处于与 制冷剂的热平衡，但是在通道中央的流体较溫暖。因此，除了在冷吹开始时之外，离开AMR7令 端的流体的平均溫度比AMR的冷端高。因为较溫暖的流体的存在将削弱换热流体的冷却能 力时，因此流体通道内的溫度梯度决定了在冷交换器中实际上可获得冷却剂的多少冷却能 力。冷却能力的运种降低称为肥损失。类似的效果发生在热吹中。
[0072] W固定的稳定的平均跨度在AMR内跨越一定长度的通道固定压降（或粘滞损失）， 从制冷剂到液体(或从液体到制冷剂）的热传递速率与通道直径成比例（即，当通道直径减 小时，热传递下降）。当通道直径减小时，皿损失也降低，但W比热传递速率快的速率巧。更 高等级功率)降低。通过减小通道直径，肥损失可按比例减小到任意小的量。但是，热传递的 速率也降低，从而限制了操作频率的上限。热传递速率是从流体传递到制冷剂(或从制冷剂 传递到流体)的每秒的热量。为了补偿减小的热传递速率，可通过降低制冷剂的量(例如，使 用更薄的板)来减小要移动的热量。
[0073] 但是，减小制冷剂的量也减小了液体到AMR(或AER)中的制冷剂的填充率，导致CE 从CD偏离，并减小总填充密度。同时，小的制冷剂长度等级更难W制造。
[0074] 因此，AMR的尺寸应被确定为，对于目标操作频率(在lHz-20化的范围内），使粘性 损失（由AMR长度、换热流体物理性能和流动速度、W及通道直径确定）、回流损失（由长度、 跨度、制冷剂和流体的热导率、液体和制冷剂的体积确定）、W及皿损失（由通道宽度、换热 流体的性能、流动速度、制冷剂的A S和A T、液体和制冷剂的体积W及AMR的长度和跨度确 定)的总和最小化。优选的解决方案是=种损失具有类似的大小(在彼此的10倍内）。
[0075] 对于元件(包括渐开线）内的平行板通道，最佳的板厚度应在50um至1500um、或更 优选60um至700um、或更优选70]im至700]im、或更优选70um至350um的范围内。通道间隔应在 5皿至100皿、或更优选10皿至75皿、或甚至更优选15皿至60皿的范围内。
[0076] 对于穿孔板，孔眼之间的最佳距离应在60um至2000um、或更优选80皿至lOOOum、或 更优选IOOum至650um的范围内。孔眼直径应在IOum至150um、或更优选15um至llOum、或甚至 更优选20皿至85皿的范围内。
[0077] 给定的值实现了粘性损失、回流损失与肥损失之间的平衡。
[0078] 给定的长度等级在某种程度上取决于所使用的磁热材料。<