br>[0079] 在多材料叶片的第一示例中，多个元件中的每个元件都由多个板形成，所述多个 板堆叠在彼此的顶部上。此外，所述叶片本体中的多个元件中的每个元件都相对于其相邻 元件旋转，优选地旋转90°。运样的设置支持换热流体的混合，即增加了跨越专用通道的热 均匀性，并当用在主动再生磁热发动机中时减小肥损失。此外，运样的设置提高了整个组件 制造的可靠性，因为不需要沿叶片长度的连续平行通道。精确的平行组件所需要的长度被 减小至单个元件的长度，而不是整个叶片的长度。
[0080] 优选地，运些板通过至少一个间隔件彼此间隔开，所述间隔件优选地W熟知的喷 墨印刷技术、模板或丝网印刷、光刻法、或通过打点或喷射系统直接涂覆印刷，其中，多个板 之间的间隔形成多个专用通道。
[0081] 通过使用熟知的技术，并通过因此减少的制造成本，商业解决方案变得可行。制造 也变得更简单、更快W及更加可重复。运种现成的商用设备(COTS)可用在制造工艺中，并且 许多制造步骤可自动化。
[0082] 本发明还设及一种用在主动再生磁热发动机中的多材料叶片。所述叶片包括叶片 本体，所述叶片本体由多个元件制成，所述多个元件由不同的磁热材料制成，其中，所述叶 片本体沿其长度分成所述多个元件。所述叶片还包括多个专用通道，所述多个专用通道穿 过所述叶片本体并沿所述叶片的长度延伸。所述叶片的多个元件中的每个元件都具有弯曲 的形状，W使所述多个元件可形成渐开线形的叶片本体。
[0083] 在制冷装置中，根据本发明的叶片可传递单位数量的冷却功率。通过组合多个叶 片，在不降低装置的效率的情况下，冷却功率可增加。叶片的组合可例如实现为旋转磁体系 统，其中，叶片设置成圆形，并通过磁场旋转。如W上所解释的，磁场利用率是重要的。当多 个长方体叶片在一起包装成圆形时，填充密度和对应的磁场利用率将不理想。但是，叶片本 体或组成叶片本体的多个元件的渐开线设计，提供了 W具有恒定通道宽度的完美径向几何 形状将多个叶片包装在一起成旋转磁体系统的可能性。运意味着多个叶片可组装成完整的 圆，其中，可保持不同叶片W及位于叶片的元件内的板之间的恒定间隔。运样的设置导致 30 %更好的场利用率。因此，可使用更小更便宜的磁体。
[0084] 由于流体可流经的专用通道，故可使用具有较低孔隙率的磁热材料。材料的孔隙 率典型地由分布的孔产生，并且是材料的特性。孔隙率可理解为，磁热材料中的空隙(孔)体 积相对于其总体积之比。与其相比，可在磁热材料中主动产生的专用通道不认为是孔隙率。
[0085] 本发明还设及一种用在主动再生磁热或电热发动机中的多材料叶片。所述叶片包 括叶片本体，所述叶片本体由多个元件制成，所述多个元件由不同的磁热材料制成，其中， 所述叶片本体沿其长度分成所述多个元件。所述叶片还包括多个专用通道，所述多个专用 通道穿过所述叶片本体并沿所述叶片的长度延伸。所述叶片本体垂直于所述专用通道的横 截面沿预定方向具有多个设有不同孔隙率的区域，其中，在相邻区域的界面处，所述孔隙率 突变至少10%。
[0086] 较高孔隙率的区域例如可作用为多个专用通道，如果它是开放式的孔结构(并且 运些区域也可用作间隔件），其中，较低孔隙率的区域由较密集的磁热材料制成。但是，除了 较高孔隙率材料，也可设置专用通道。较高孔隙率区域还可作用为用于换热流体的混合结 构。当叶片用在主动再生磁热发动机中时，多孔区域的混合功能减小了肥损失。较高孔隙率 的区域可形成为晓性的海绵状结构，其可适配并改变自己的形状。W此方式，它们可补偿元 件制造中产生的任何不均匀。具有较高孔隙率和较低孔隙率的区域，可对于多个元件中的 每个元件都一样地设置，或可对于每个元件都不同地设置。
[0087] 若干种已知的方法可用于测量材料的孔隙率，例如，光学方法（即，确定材料的面 积和显微镜下可见的孔的面积的比）、润湿方法（即，在真空下将多孔样品浸入优先浸湿孔 的流体中）、水饱和度方法（即，孔体积等于浸透后留下的水的总体积）、或水蒸发法（即，考 虑水的密度，孔体积等于饱和样本的重量减去干样品的重量）。
[0088] 磁热材料中的任何孔将不像专用通道一样经过整个叶片本体延伸，而通常是相当 短的。自然孔典型地是0 . Ol皿至10皿数量级运么长，且直径还相当小，即，0 . Ol皿至50皿数 量级。与专用通道相比，孔随机分布在磁热材料中。
[0089] 磁热材料的孔隙率越低，可制成多个元件中的每个元件的越高的填充密度。填充 密度定义为，磁热材料与多个元件之一的总体积的比，所述多个元件之一的总体积即包括 专用通道的体积的体积。
[0090] 希望最大量的换热流体流动通过非磁热材料的专用通道。那么对于磁热材料的多 个元件，可实现更高的密度。在专用通道中，还存在更低的压力和粘性损失。
[0091] 优选地，位于元件之间的多孔间隔件是具有相对于其体积而言大于25%孔隙率的 多孔材料，所述多孔材料优选地是胶原蛋白-粘多糖、胶原蛋白泡沫、聚四氣乙締泡沫、斯邦 特克斯粘胶海绵和径憐灰石陶瓷中的至少一种。在此情况下，间隔件可额外地用作用于换 热流体的混合结构，并且有助于减小肥损失。间隔件还可适应板的不均匀性，从而降低板的 平坦度要求。
[0092] 在多材料叶片的另一示例中，多个元件中的每个元件都由穿孔板形成，其中，穿孔 板中的多个孔眼形成多个专用通道。
[0093] 该示例允许使用较厚的板W克服前面提到的制造限制，虽然转移成制成足够精细 的孔眼的问题。在此情况下，一个元件可看做是具有相同居里溫度Tc的一个(或多个）穿孔 板。
[0094] 在平行的板几何形状中，最优选的板厚度是在90um至400um的范围内。运些尺寸在 某些材料中可难于精确或可靠地制造。使用穿孔板，板厚度可W更大(一个数量级），并且上 限是由与先前概述的使冷却能力最大化所要求的"长度"有关的材料选择标准确定的。
[0095] 优选地，所述多个孔眼是多个圆的和/或有角的孔，所述多个孔中的每个孔的直径 或宽度在10皿至150皿、优选15皿至110皿、或更优选20um至85um的范围内。相邻孔之间的距 离在60皿至2000um、优选80皿至1000皿、或更优选80皿至600皿、或可选的IOOum至650um的 范围内。给定的长度等级再次在某种程度上取决于所使用的磁热材料。但是，运些优选值实 现了主动再生磁热发动机中的最低肥损失、W及从板到换热流体的最好热传递。
[0096]
[0097] 失的最小化需要在间隔件、板或孔眼方面，制造相对小的长度等级。对于某些 制冷材料，制造成运样小的长度等级可能是有问题的。
[0098] 当本发明的多材料叶片用在主动再生磁热发动机中时，在专用通道中使用专口设 计的混合结构W混合换热流体，减小了肥损失。换热流体的混合必须实施为，使压力损失的 增加不快于皿损失的减小。皿损失可显著地减小，因为附加的混合结构增加了跨越专用通 道的热均匀性，并且最重要的是在流动最快的通道中央处的热均匀性。此外，使通道中央处 的溫度均匀化需要壁处的更高的溫度梯度，从而进一步增加热传递速率并允许提高操作频 率。
[0099] 当换热流体被驱动经过通道时，将疏水性涂层加到专用通道(有或没有混合结构） 可使换热流体与磁热材料之间存在滑移边界条件。因此，每单位体积的换热流体、肥损失可 减小10-20% (或甚至更多）。薄玻璃或塑料或类似的层还可加在疏水性涂层下面，W增加疏 水性涂层的平滑性。平滑性支持滑移边界条件的存在。
[0100] 总的来说，减小叶片皿损失的主要结果是，专用通道尺寸、孔眼尺寸、或间隔件尺 寸按绝对值计算可增加，运简化了制造过程。增加运些尺寸对于固定的肥损失水平而言，还 可降低压力和累送损失。
[0101] 替代地，组成叶片本体的每个元件内的多个元件的长度等级（板厚度或孔眼之间 的间隔)也可增加，W有助于制造，同时将肥损失保持在恒定水平。
[0102] 最后，在不增加肥损失的情况下甚至可增加操作频率。
[0103] 可W许多方式实现运样的肥损失减小。
[0104] 优选地，将表面纹理作为流体混合结构设置在至少多个板中的每个板的顶部上， 和/或将疏水性涂层设置到多个板中的每个板上，其中，优选玻璃或塑料层设置在每个疏水 性涂层之下。当叶片用在主动再生磁热发动机中时，附加的表面纹理增加了跨越专用通道 的热均匀性，并减小了皿损失。疏水性涂层通过在其表面与换热流体之间产生滑移边界条 件来减小皿损失。在施加涂层之前，玻璃或塑料层可增加板的平滑性。涂层也可更平滑，从 而更有效。
[0105] 优选地，表面纹理通过喷墨印刷技术印刷来印刷，或由粘合到多个板的沙子或等 效的沙状粗糖材料形成。两个解决方案都是容易实现的，并且是具有必要的机械稳定性的 低成本解决方案。
[0106] 优选地，对称断流器作为流体混合结构插入多个孔或通道中的每个中，和/或多个 孔中的每个孔的内壁具有用作流体混合结构的粗糖表面，和/或多个孔中的每个孔的内壁 设置有疏水性涂层，所述疏水性涂层优选地在玻璃或塑料层之上。
[0107] 混合结构是用于在主动再生磁热发动机中混合换热流体，并增加专用通道中的换 热流体的热均匀性。因此，肥损失减小。同样，疏水性涂层有助于减小肥损失，因为在通道表 面与换热流体之间产生了滑移条件。
[0108] 替代地，运些对称断流器、粗糖表面或疏水性滑移层可在不增加皿损失的情况相 爱，允许更大的孔，所述更大的孔可根据磁热材料更容易地制造。
[0109] 在所有示例中，优选地，隔离件设置在多个元件中的相邻元件之间，W在主动再生 磁热发动机中补偿多个元件的界面处的局部溫度梯度。
[0110] 本发明的多材料叶片还可应用到电热材料。对AMR提出的最佳设计原理等效地应 用于用于电热发动机的AER(虽然一些产生的几何形状将不同）。
[0111] 用在热力发动机中的本发明的多材料叶片可应用到用于热累送、从废热回收能 量、W及制冷和冷却的应用(使用所述热力发动机）。
[0112] 逊堂
[0113] 本发明还设及一种用于制造用在主动再生磁热或电热发动机中的多材料叶片的 方法。所述方法包括W下步骤:用由不同的磁热或电热材料制成的多个元件形成叶片本体， 其中，所述多个元件沿所述叶片本体的长度设置。所述方法还包括W下步骤:形成多个专用 通道，所述专用通道穿过叶片本体并沿叶片本体的长度延伸；W及使多个专用通道中的每 个专用通道都设置有流体混合结构或疏水性涂层。
[0114] 所述方法实现了制造可用作主动再生磁热发动机中的AMR的多材料叶片，并在减 小系统中的肥损失方面有特别的改进。
[0115] 本发明还设及一种用于制造用在主动再生磁热或电热发动机中的多材料叶片的 方法。所述方法包括W下步骤:用由不同的磁热或电热材料制成的多个元件形成叶片本体， 其中，所述多个元件沿所述叶片本体的长度设置。所述方法还包括W下步骤:形成多个专用 通道，所述多个专用通道穿过叶片本体并沿叶片本体的长度延伸，其中，多个元件中的每个 元件都通过将多个板互相堆叠并将多个板夹紧和/或粘合在一起形成，其中多个板由通过 喷墨印刷技术(或模板/丝网印刷、光刻法或通过打点或喷射系统直接涂覆）印刷的至少一 个间隔件间隔开，其中，多个板中的每个板都通过将由磁热或电热材料制成的子板在框架 中对齐、将条和/或点施加到子板上来形成，然后烘烤对齐的子板和框架W形成多个板。所 述方法兼容自动化的、低成本的制造工艺。有成本竞争力、商业上可行的再生发动机成为可 能。
[0116] 所述方法还可包括制造步骤，特别是形成或实现在本文中描述的多材料叶片的任 何有利结构和性能的步骤。多材料叶片的不同示例和结构还可组合，W实现有利特征的组 合。例如，所有上述多材料叶片可形成有弯曲的形状，W实现渐开线叶片的设计。
[0117] 在下文，将参考附图更详细地描述本发明。
[0118] 图Ia示出如何在简化的磁热发动机中利用磁热效应。
[0119] 图化示出再生磁热发动机如何操作。
[0120] 图2a示出磁制冷剂的溫度与赌循环的关系。
[0121] 图化示出AMR在理想的情况下遵循的溫度与赌循环