專利名稱：磁性換熱制品及其制造方法
磁性換熱制品及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種磁性換熱制品及制造磁性換熱制品的方法。
背景技術：
磁熱效應(Magnetocaloric Effect)是指磁至文熵變(Magnetically InducedEntropy Change)對吸熱或放熱的絕熱轉化(Adiabatic Conversion)。將一磁場 施加于一磁熱材料，并通過誘導熵變從而導致磁熱材料吸熱或放熱。這種磁熱效應能夠被 用來實現(xiàn)制冷及/或制熱。 近幾年來，很多材料，例如La(Fel-aSia) 13、Gd5(Si， Ge)4、Mn(As， Sb)及MnFe(P， As)，已經(jīng)發(fā)展到其居里溫度(Curie Temperature, Tc)是在室溫或接近室溫，其中居里溫度 是指材料在磁性換熱系統(tǒng)中的操作溫度。因此，這些材料適合應用于如建筑環(huán)境控制、家庭 與工業(yè)用冰箱及冷凍室，同樣也能夠應用于自動環(huán)境控制。 磁性換熱技術的優(yōu)點是理論上，磁性換熱器相較于氣體壓縮循環(huán)/膨脹系統(tǒng)更 能節(jié)省能源。此外，因為磁性換熱器不需要使用可以破壞大氣臭氧層的化學物質(zhì)如氟氯化 碳(CFC)，所以磁性換熱器是環(huán)保的。 因此，為了能實際利用由該新型磁熱材料提供的優(yōu)點，磁性換熱系統(tǒng)正在被發(fā)展。 如美國專利6， 672， 772公開的磁性換熱器，其主要包括一個泵式再循環(huán)系統(tǒng)、一個熱交換 介質(zhì)如冷卻液、一個充滿磁制冷工作材料的顆粒以形成磁熱效應的腔室，以及一能夠?qū)⒁?磁場施加于該腔室的裝置。 然而，還需要進一步的改善使得磁性換熱技術的應用能夠更為廣泛。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種磁性換熱制品及其制造方法，該磁性換熱制品能 被可靠制造、且費用低廉。 本發(fā)明的上述目的是由獨立權利要求的主題解決的，而進一步的有利的改善是通 過從屬權利要求實現(xiàn)的。 上述目的已由獨立權利要求的主題解決，進一步的有益的改進可參照從屬權利要 求。 為達成上述目的，本發(fā)明提供一種磁性換熱制品，該制品沿著一第一方向及一垂 直于該第一方向的第二方向延伸，并包括有至少一磁熱活性相。依據(jù)本發(fā)明，該制品的平均 熱傳導率是各向異性的。 該制品可被用作一磁性換熱系統(tǒng)的磁致冷或磁工作介質(zhì)，給該制品提供各向異性
平均熱傳導率能夠使得在該制品內(nèi)由于磁熱效應產(chǎn)生的熱量被各向異性引導至該制品的
表面。在該制品與一圍繞該制品的冷卻介質(zhì)之間的熱交換也可以是各向異性的。 該制品可以被設置于該磁性換熱系統(tǒng)中，因此沿垂直于該冷卻液流的方向出現(xiàn)最
有效的熱傳送，而沿該冷卻液流的方向則出現(xiàn)最小效率的熱傳送。這種布置能產(chǎn)生較有效
7的熱交換。在該制品內(nèi)由該磁熱效應產(chǎn)生的熱量能夠被有效地沿著垂直于該冷卻液流的方 向引導該制品表面，在該制品表面，熱量被傳送至冷卻液并被該冷卻介質(zhì)沿著該冷卻液流 的方向帶離該制品。 該制品沿該冷卻液流方向的較差的熱傳導性能可以阻止最初被引導離開該制品 的熱量沿著與該冷卻液流方向相反的方向傳送回該制品內(nèi)?？傊ㄟ^給該制品提供各向 異性平均熱傳導率能夠改善該磁性換熱制品的冷卻效率。 此處， 一磁熱活性材料被界定為一種能夠在磁場條件下發(fā)生熵變的材料。例如，該 熵變可以是一種鐵磁狀態(tài)到順磁狀態(tài)的變化結果。在一溫度范圍的僅一部分，該磁熱活性 材料可以出現(xiàn)一拐點(an inflection point)，在該拐點，有關一外加磁場的磁化的二階導 數(shù)(the second derivative of magnetization)的符號從正的變化為負的。
此處，一磁熱被動材料被界定為一種在磁場條件下不會出現(xiàn)重大熵變的材料。
在一實施例中，該制品沿該第一方向的平均熱傳導率小于該制品沿該第二方向的 熱傳導率。在操作中，該制品是被設置為沿基本平行于該冷卻液流的該第一方向，以產(chǎn)生最 有效的熱傳遞。 在一實施例中，該制品包括有一沿該第一方向的第一長度及一沿該第二方向的橫 截面區(qū)域，該橫截面區(qū)域具有一第二長度，其中沿該制品的第一長度所測得的平均熱傳導 率小于沿該制品的第二長度(亦即在該橫截面區(qū)域的平面上)所測得的平均熱傳導率。此 外，在操作中，該制品的該第一長度是被設置為基本平行于該第一方向，而該第二方向基本 垂直于該冷卻介質(zhì)的液流方向。 該制品的各向異性平均熱傳導率能夠通過很多方法提供，在一些實施例中，該制
品進一步包括一磁熱被動相，其熱傳導率大于該磁熱活性相的熱傳導率。 該制品的該各向異性平均熱傳導率可以通過該制品內(nèi)的該磁熱活性相與該磁熱
被動相的多種配置方式而生成。該熱各向異性可以通過微觀各向異性而生成，也就是通過
該磁熱被動相及/或該磁熱活性相的各自的顆?；蛭⒘５呐帕卸桑蛘吆暧^地講，就
是通過由該磁熱活性相及該磁熱被動相的其中一個組成的構件的排列而生成。 在一實施例中，該磁熱被動相包括若干個具有平均擇優(yōu)取向的顆粒，擇優(yōu)取向是
用來描述制品內(nèi)這些顆粒的各向異性排列及/或分布。例如單個的顆?？梢允谴笾鲁是?br> 形，因此單個顆粒不具有擇優(yōu)取向。然而，這些球狀顆?？梢员慌帕谐梢恍谢蚨嘈谢蛐信c列
的矩陣，因此這些球狀顆粒在制品內(nèi)具有一優(yōu)選的各向異性排列。 即使該磁熱活性相是隨機的排列于該制品內(nèi)，該磁熱被動相的熱傳導率不同于該 磁熱活性相的熱傳導率，在這種情況下，這種各向異性排列提供給制品一平均各向異性熱 傳導率。如果該磁熱被動相的熱傳導率大于該磁熱活性相的熱傳導率，那么該制品沿該行 的長邊方向或者沿該磁熱被動相的顆粒的矩陣平面的平均熱傳導率是大于其沿垂直于該 行的長邊方向或垂直于該磁熱被動相的顆粒的矩陣平面的平均熱傳導率。整個制品具有一 各向異性平均熱傳導率。 在一實施例中，該磁熱被動相包括有若干個顆粒，每一顆粒均具有細長外形，其具 有一長邊方向及一大致垂直于該長邊方向的短邊方向。 為了生成微觀層面上的熱各向異性，該磁熱被動相的顆?？梢园磽駜?yōu)取向及/或 擇優(yōu)組織被排列于該制品內(nèi)。
8
擇優(yōu)取向是用來描述制品內(nèi)這些顆粒的物理排列。擇優(yōu)組織是用來描述排列于該 制品內(nèi)的這些顆粒，這樣他們平均具有一擇優(yōu)結晶方向。因此，可能的是顆粒能夠具有一擇 優(yōu)取向及一擇優(yōu)組織。 當具有一細長外形的顆粒以一擇優(yōu)組織被排列時，該制品沿這些顆粒的長邊方向 的平均熱傳導率是高于該制品沿這些顆粒的短邊方向的平均熱傳導率。 通過安排該制品內(nèi)的該磁熱被動相的若干個細長顆?？梢蕴峁┮粺岣飨虍愋灾?品，因此平均來講，他們的長邊方向基本垂直于該制品的短邊方向。該磁熱被動相的這些細 長顆?？梢员慌帕性谠撝破分?，因此平均來講，他們的短邊方向基本沿平行于該制品的第 一方向延伸。這種配置提供了一具有一平均熱傳導率的制品，該平均熱傳導率沿垂直于該 第一方向的方向較高，而沿平行于該第一方向的方向較低。 在操作中，排列該制品使得這些顆粒的長邊方向是基本朝向垂直于該冷卻介質(zhì)流 的方向，而這些顆粒的短邊方向是基本朝向平行于該冷卻介質(zhì)流的方向，這種布置阻礙熱 流沿該冷卻介質(zhì)流的相反方向穿過該制品。 在一實施例中，該磁熱活性相包括有若干個按一擇優(yōu)取向排列于該制品中的顆
粒，在本發(fā)明中，擇優(yōu)取向再次被用作表示該制品內(nèi)的這些顆粒的各向異性排列。 在另一實施例中，該磁熱活性相包括有若干個按一擇優(yōu)組織排列于該制品中的顆
粒，而在進一步的實施例中，顆粒還按一擇優(yōu)取向排列。在一實施例中，該磁熱活性相包括
有若干個顆粒，每一顆粒均具有一細長外形，該細長外形具有一長邊方向及一垂直于該長
邊方向的短邊方向，例如，這些顆粒可以是纖維狀或平板狀。 為了生產(chǎn)一具有微觀層面上的熱各向異性的制品，可以在該制品中排列該磁熱活 性相的這些顆粒，使得這些顆粒的長邊方向平均來講基本沿垂直于該制品的第一長度延 伸。該磁熱活性相的這些顆粒還可以被排列于該制品中，使得這些顆粒的短邊方向平均來 講基本上沿平行于該制品的第一長度延伸。 這種排列提供給制品一沿該制品的平行于這些顆粒的長邊方向的較高平均熱傳 導率，以及一沿這些顆粒的短邊方向的較低平均熱傳導率。 在一些實施例中，該磁熱被動相及該磁熱活性相是按一擇優(yōu)取向及/或一擇優(yōu)組 織排列于該制品內(nèi)。這兩個相的顆?？梢员幻芮谢旌?，以提供在微觀層面上的熱各向異性。
在其它實施例中，僅該磁熱活性相具有一擇優(yōu)取向及/或組織或細長顆粒，以提 供給該制品一各向異性平均熱傳導率。該制品可以包括一沒有擇優(yōu)組織的磁熱被動相，該 磁熱活性相可以按一擇優(yōu)取向及/或一擇優(yōu)組織分布于該磁熱被動相的顆粒之間。可選擇 地，該磁熱活性相可以不按照擇優(yōu)取向及/或擇優(yōu)組織被分布于具有擇優(yōu)取向及/或擇優(yōu) 組織的該磁熱被動相的顆粒中。該磁熱被動相可以提供一矩陣，以將該磁熱活性相排列于 其中。該制品能被描述成一種復合物。 —磁性換熱制品還可以通過排列在微觀層面上具有不同熱傳導率的材料而被提 供一各向異性平均熱傳導率。在一實施例中，該制品包括有若干個基本由該磁熱活性相 組成的第一層及若干個基本由該磁熱被動相組成的第二層，并且第一層與第二層是交替插 入。 在一實施例中，該制品包括有磁熱活性相以及無實體部分的磁熱被動相。從這個 角度講，相是被用來表示一固體，并排除氣體及空氣。無實體部分是被定義為小于lOvol % 。
9
在這個實施例中，平均各向異性熱傳導率是通過該制品的濃度的各向異性分布而 實現(xiàn)的，尤其是，該制品濃度的宏觀變化。在一實施例中，平均各向異性熱傳導率是通過至 少一第一層及至少一第二層來實現(xiàn)的，該第一層基本上是由一磁熱活性相組成并具有一第 一密度，該第二層基本上是由一磁熱活性相組成并具有一第二密度，其中該第一密度大于 該第二密度。 具有較大密度的第一層比具有較小密度的第二層具有較大的熱傳導率，因此該制 品在垂直于該層平面上的平均熱傳導率小于該制品在平行于該層平面上的平均熱傳導率。 因此，該制品具有一各向異性平均熱傳導率。 該至少一第一層與該至少一第二層的密度可以通過控制各自層的孔隙度而被調(diào)
整至想要的平均值。該至少一第一層可以包括有一第一平均孔隙度，該至少一第二層可以
包括有一第二平均孔隙度，該第二平均孔隙度大于該第一平均孔隙度。這就提供了相較于
第二層具有較大密度的第一層，以及一具有各向異性平均熱傳導率的制品。 在進一步的實施例中，該至少一第一層與該至少一第二層是堆疊排列，其中相鄰
層之間形成相互物理接觸。例如，相鄰層可以通過一粘著材料層被連接至他們的近鄰，或通
過燒結相鄰層的材料而被直接相互連接。 該第一層與該第二層具有一沿著平行于該制品的第一方向延伸的厚度，以及一沿 著該制品的第二方向延伸的橫截面區(qū)域。每一層都是由各自相的若干個顆粒層或微粒層組 成的。 在操作中，排列該制品使得這些層平面的橫截面區(qū)域大致沿垂直于該冷卻液流的 方向延伸，而這些層的厚度大致沿平行于該冷卻液流的方向延伸。按照該制品的這種布置， 為了使得該制品沿該冷卻液流方向的平均熱傳導率是小于該制品沿垂直于該冷卻液流方 向的平均熱傳導率，該磁熱被動相的熱傳導率較佳地大于該磁熱活性相的熱傳導率。
在另一實施例中，該制品包括若干個活性層，每一活性層均包括有一磁熱活性材 料，該磁熱活性材料具有一居里溫度，其與一相鄰層的磁熱活性材料的居里溫度不同。在進 一步的實施例中，每一層的磁熱活性材料均沿材料的排列順序而被選擇，目的就是使得居 里溫度能夠從該制品的一端至另一端增高。 該制品包括有具有不同居里溫度的若干個磁熱活性材料，應用該制品具有這樣的 優(yōu)點采用該制品的熱交換器的操作溫度范圍增大。居里溫度翻譯為操作溫度，由于提供了 居里溫度的范圍，所以該熱交換器的操作溫度范圍也被增大。這就使得該熱交換器相較于 可能利用具有單一居里溫度的磁熱活性材料的制品，能夠在一較寬的操作溫度范圍內(nèi)進行 冷卻及/或加熱，并能夠從一起始溫度冷卻及/或加熱至一較小/較大或最低/最高溫度。
在進一步的實施例中，該制品進一步包括有至少一具有一熱傳導率的熱障層，該 熱障層的熱傳導率小于該磁熱活性相的熱傳導率。 該熱障層阻礙熱量從位于該熱障層一側的該制品區(qū)域傳送至位于該熱障層另一 側的該制品區(qū)域。布置該熱障層，以阻礙熱量沿冷卻介質(zhì)流的方向傳送，因此進一步提高磁 熱交換的效率。 在進一步的實施例中，該制品包括有若干個沿該制品的第一方向間隔排列的熱障 層。如果提供若干個具有不同居里溫度的活性區(qū)，那么該熱障層是被排列在相鄰的活性區(qū) 之間。
10
該磁熱活性相可以是Gd、 La(F bSi山3基相、Gds(Si， Ge)4基相、Mn(As， Sb)基相 及MnFe(P，As)基相、Tb-Gd基相、(La， Ca， Pr， Nd， Sr)Mn03基相、Co-Mn-(Si， Ge)基相，以及 Pr2 (Fe， Co) 17基相的其中一個或多個。這些基礎成分可以進一步包括一些化學元素，這些化 學元素可以部分或全部替代上述已列出的元素。這些相還可以包括一些可以至少部分填隙 式容置于該晶體結構內(nèi)的元素，例如氫。這些相還可以包括一些雜質(zhì)元素及少量的其它元 素，例如氧。 在進一步的實施例中，該磁熱活性相的顆粒包括一腐蝕保護套，該腐蝕保護套可 以包括一種或多種金屬、合金、聚合物、陶瓷或無機化合物。該金屬可以是鋁、銅或錫，以及 該合金可以包括鋁、銅或錫的其中一個或多個。 一無機的腐蝕保護套可以由磷酸鹽，例如磷 酸鋅提供。該腐蝕保護套可以用來提高該磁熱活性相的工作壽命，這是由于在該磁熱活性 相的工作期間，該腐蝕保護套使得該磁熱活性相較變?yōu)榉谴艧峄钚韵嗟母g、降解速度被 減慢，或者甚至是被完全阻止。 該制品可以進一步包括一有效孔隙度，此處，有效孔隙度是被用來描述該制品的 孔隙度，該制品的孔隙度具有一在該熱交換效率上的可測知效應。 該有效孔隙度包括至少一位于該制品本體內(nèi)的通道，該通道從該制品的一第一側
延伸至該制品的一第二側。該孔隙度可以在10vol^至60vol^的范圍內(nèi)。 該有效孔隙度可以以一系列互連通道的形式提供，該通道相互交叉，在該制品的
本體內(nèi)形成一骨架型結構的中空網(wǎng)絡，然后該熱交換液體或冷卻液能夠穿過該中空網(wǎng)絡從
該制品的一側流至另一側。 可以通過松散地壓制該粉劑或在松散地壓制該粉劑之后燒結以形成一個密度低 于100%的本體從而提供該有效孔隙度，這樣空余的容積就提供了一可供該熱交換介質(zhì)流 動穿過的互連的中空網(wǎng)絡。 制品的這些實施例具有能夠增加該制品表面積的優(yōu)點，該冷卻液是與內(nèi)表面接 觸，該內(nèi)表面就是指位于該制品的本體內(nèi)以提供密度的通道表面，同樣該冷卻液也與該制 品的整個外表面接觸。因此，該制品與該熱交換液體之間的該接觸面積增加，所以可以進一 步提高該磁熱交換的效率。 該制品可以進一步包括至少一通道，該通道可以以一被該制品包圍的通孔的形式 被提供，或者以一位于該制品的外表面上的通道的形式被提供。 一個或多個通道具有增加 該制品表面積的優(yōu)點，其能夠進一步改善該制品與該冷卻液之間的熱交換效率。例如，該通 道可以借助擠壓或型材輥壓的方式形成。 在進一步的實施例中，該通道是被用來引導該冷卻液流，該通道的位置是根據(jù)使 用該制品的該換熱系統(tǒng)的設計而決定。為提高熱交換效率，該通道可被用來導引該冷卻液 流，使其紊亂減少、或最佳地達到最小。 該制品可以是熱交換器、冷卻系統(tǒng)、應用于建筑或車輛尤其是機動車上的空氣調(diào) 節(jié)裝置、或者應用于建筑或機動車上的環(huán)境控制裝置的一個構件，該環(huán)境控制裝置通過改 變該冷卻液體或熱交換介質(zhì)的流動方向可以在冬天被用作一加熱器，而在夏天被用作一制 冷器。這對于機動車或其它車輛而言是特別有利的，因為車箱內(nèi)可供容納該環(huán)境控制裝置 的可利用空間會受限于汽車設計。 該制品還可以包括一外保護套，該外保護套可以包括金屬、合金或聚合物，為了使得該外保護套能夠在該制品的使用壽命期間并在熱交換介質(zhì)中保持化學及機械的穩(wěn)定性， 可以選擇該外保護套的材料。如果該外套是應用于已完成的制品上，該外套是不會遇到例 如燒結或該制品的工作期間的高溫。在本案中，可以使用具有相對較低的分解溫度或熔化 溫度的聚合物。 該熱交換介質(zhì)可以包括乙醇或乙二醇，或水、乙醇或乙二醇的的混合物，或一具有 高熱傳導率的可選擇性的材料，以提高該熱交換介質(zhì)與該制品之間的熱交換效率。該熱交 換介質(zhì)可以是對該矩陣中的該磁熱活性材料及/或該磁熱被動材料具有腐蝕性的，因此可 以利用該附加的外保護套提供額外的保護。 依據(jù)這些實施例的其中一個，該制品可以被用作熱交換器、制冷系統(tǒng)、環(huán)境控制裝 置、空氣調(diào)節(jié)裝置、以及工業(yè)、商業(yè)或家用冰箱的一個構件。排列該制品，使得該制品的該第 一方向被排列為大致平行于操作期間的熱流方向。 本發(fā)明還提供了制造磁性換熱制品的方法，在一實施例中，提供了一磁熱活性相
及一包括有若干個微粒的磁熱被動相，組裝并壓制該磁熱活性相及該磁熱被動相以形成一
制品，從而使得至少該磁熱被動相的若干個顆粒平均產(chǎn)生擇優(yōu)取向，亦即物理排列。 在一實施例中，提供了一磁熱活性相的前驅(qū)物及一包括有若干個微粒的磁熱被動
相，組裝并壓制該磁熱活性相的前驅(qū)物及該磁熱被動相以形成一制品，從而使得該磁熱被
動相的若干個顆粒產(chǎn)生擇優(yōu)取向。在這個實施例中，通過反應燒結該制品以形成來自于該
前驅(qū)物的磁熱活性相。 因為該磁熱被動相的這些顆粒的熱傳導率在沿顆粒的長邊方向上是高于其沿短
邊方向上，所以由于該磁熱被動相的該擇優(yōu)取向而使得制品被提供了一各向異性熱傳導
率。如先前討論的內(nèi)容，平均來講，這些顆粒還可以具有結晶取向的擇優(yōu)組織。 該擇優(yōu)取向可以是至少部分通過壓制工藝而產(chǎn)生，或者可以是部分或全部在一發(fā)
生于壓制之前或之后的單個方法步驟中產(chǎn)生。 在一實施例中，執(zhí)行該壓制，以誘導產(chǎn)生至少該磁熱被動相的顆粒及/或至少該 磁熱活性相的顆粒的擇優(yōu)取向。 在一實施例中，至少該磁熱被動相的若干個顆粒的平均擇優(yōu)取向是至少部分通過 施加一磁場而產(chǎn)生的。當該磁熱被動相是鐵磁體時，例如包括鐵或硅鐵，可以使用這種方 法。 如果該磁熱活性相是處于鐵磁狀態(tài)，還可以利用一磁場以提供該磁熱活性相的顆
粒的一擇優(yōu)取向。如果該磁熱活性相是在低于其居里溫度的一溫度下的鐵磁體，則可以在
低于該磁熱活性相的居里溫度的溫度下施加該磁場，以磁排列這些微粒。 可以在實行壓制之前施加該磁場，從而提供該磁熱被動相及/或該磁熱活性相的
微粒的擇優(yōu)取向，而在壓制期間及已壓制的制品中則保持這種擇優(yōu)取向。 可以執(zhí)行該壓制，以在至少該磁熱被動相中誘導生成一擇優(yōu)組織。如果該磁熱被
動相的微粒具有各向異性尺寸，可以通過調(diào)整該壓制方向而執(zhí)行該壓制，因此該壓制方向
是大致垂直于該顆粒的長邊方向，或者如果是板狀顆粒的話，該壓制方向是基本垂直于該
平板的面積。在實行該壓制之前，還可以通過沿垂直于該壓制方向的方向震動該粉劑而提
供該擇優(yōu)取向的角度。這就促使板狀顆粒在壓制前轉變?yōu)橐粚訝罱Y構。 執(zhí)行壓制使得該磁熱被動相的顆粒大致朝向垂直于該制品第一方向的他們的長
12邊方向，這就形成一制品，其具有一在垂直于該第一方向的方向上的較高平均熱傳導率，以 及一在該第一方向上的較低平均熱傳導率。 在一實施例中，該磁熱被動相及/或該磁熱活性相的顆粒的平均擇優(yōu)取向至少部 分是通過壓制后該制品的機械變形而形成的，該機械變形可以是通過輥壓、型鍛、沖壓成形 及擠壓中的一種或多種而實現(xiàn)的。 在一實施例中，通過將該磁熱活性相及該磁熱被動相相互密切混合而組合該磁熱 活性相及該磁熱被動相，這種方法生產(chǎn)出一種具有在微觀層面上的各向異性熱傳導率的制
PI
PR o 在進一步的實施例中，通過可選擇性地排列基本由該磁熱活性相組成的層及與該 層交疊并基本由該磁熱被動相組成的層以組合該磁熱活性相及該磁熱被動相。這種方法生 產(chǎn)出一種具有在宏觀層面上的各向異性平均熱傳導率的制品。 在一實施例中，還有潤滑劑、粘合劑及分散劑的其中一個或多個被添加至該組合 的磁熱活性相及磁熱被動相中，這些添加劑有助于增加該制品的密度。 可以通過輥壓或擠壓中的一種或多種壓制該組合的磁熱活性相及磁熱被動相，輥 壓可以用來生產(chǎn)一很長長度的制品，其中沿該制品長度并越過其寬度的該熱傳導率是大于 穿過其厚度的熱傳導率。這種制品能夠以薄片疊置的方式被布置。擠壓可以用來生產(chǎn)一制 品，其中越過該制品寬度的該熱傳導率是大于沿其長度的熱傳導率，因為該磁熱被動相的 長邊方向是基本垂直于該制品的長度。 在進一步的實施例中，壓制期間加熱該制品。利用熱處理可以進一步壓緊該制品， 而且將顆粒燒結在一起。如果使用前驅(qū)物，則在選擇條件下執(zhí)行該熱處理，這樣就從該前驅(qū) 物形成該磁熱活性相。 在壓制期間的熱處理還可以用來進一步提高顆粒的組織程度，這應歸于顆粒的重 新取向及顆粒沿優(yōu)選方向(更有利地沿顆粒的長邊方向)的成長。 在進一步的實施例中，在壓制期間施加一磁場，以使得該磁熱被動相及/或該磁
熱活性相的顆粒具有磁取向，這樣平均來講，他們的長邊方向是基本垂直于該制品的第一
方向。也可以同時應用加熱。當該磁熱被動相包括一軟磁材料例如鐵或硅鐵，或者是當該
磁熱活性相已經(jīng)形成并在擠壓工藝期間是鐵磁體時，可以使用這種方法。 還提供了一種不具有磁熱被動相但具有一平均各向異性熱傳導率的制品的制造
方法。在這種方法中，提供至少一基本由一磁熱活性相組成并具有第一密度的第一板片，以
及提供至少一基本由一磁熱活性相組成并具有一第二密度的第二板片。該第一板片的第一
密度大于該第二板片的第二密度，該第一板片及該第二板片是以疊置的方式排列以提供一
磁性換熱制品。 該第一板片與該第二板片是由于他們不同的密度而具有不同的平均熱傳導率，一 較高的密度提供了一較高的平均熱傳導率，因此沿著疊置方向(亦即垂直于該板片方向) 的該平均熱傳導率低于沿著該板片平面的平均熱傳導率。 在一實施例中，排列該第一板片及該第二板片使得他們相互物理接觸。 在進一步的實施例中，該第一板片包括有一第一孔隙度，以及該第二板片包括有
一第二孔隙度，該第二孔隙度大于該第一孔隙度，這就使得該第一板片比該第二板片具有
較大的密度。
13
該第一板片及/或該第二板片可以通過壓制一磁熱活性相的微粒或一磁熱被動 相的前驅(qū)物而形成。 調(diào)節(jié)該壓制條件，使得該第一板片相較于該第二板片產(chǎn)生一較低的孔隙度。例如， 通過增加該壓制的壓力、以及如果有使用加熱的話、增加該壓制的溫度能夠降低該孔隙度 并提高該板片的密度。相反地，通過降低該壓制的壓力、以及如果有使用加熱的話、降低該 壓制的溫度能夠提高該孔隙度并降低該板片的密度。 在進一步的實施例中，提供了若干個第一板片及若干個第二板片，這些第一板片 與這些第二板片是沿該制品的疊置方向相互交替插入。生產(chǎn)的該制品具有多層或分層結 構。 在壓制該制品后或已生產(chǎn)出該制品之后，還可以將一外保護套應用至該制品。在 浸漬、噴涂或電鍍中可以應用該外保護套。


圖1為本發(fā)明磁性換熱制品的側視圖。 圖2為圖1所示制品的橫截面圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有微觀結構的磁性換熱制品的橫截面圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的具有微觀結構的磁性換熱制品的橫截面圖。 圖5為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的具有微觀結構的磁性換熱制品的橫截面圖。 圖6為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的具有微觀結構的磁性換熱制品的橫截面圖。 圖7為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的具有微觀結構的磁性換熱制品的橫截面圖。
具體實施方式
圖1是磁性換熱制品1的側視圖，其中該磁性換熱制品1包括一磁熱活性相(a magnetocalorically active phase) 2，該磁熱活性相2基本上是由居里溫度為20°C的 La(Fei—a—bC Sib)^基相組成。該制品l提供了一磁性換熱系統(tǒng)(未配圖)的磁致冷工作部 件，該磁性換熱系統(tǒng)進一步包括一泵式再循環(huán)系統(tǒng)、一熱交換介質(zhì)如冷卻液，以及一能夠?qū)?一磁場施加于該腔室的裝置。 該制品1具有一第一長度1，以及一大致垂直于該第一長度1延伸的第二長度b。 在圖1中利用箭頭3來表示冷卻液流方向，但冷卻液可以沿箭頭3所示的方向及與其相反 方向流動，這需要根據(jù)換熱系統(tǒng)是用來提供制冷還是制熱而定。在操作時，制品1的第一長 度1是被設置為沿著冷卻液流方向3延伸，而其第二長度b是被設置為基本上垂直于冷卻 液流方向3延伸。在圖1中，冷卻液的方向是從上到下。在制品1的外表面還設置有若干 個通道4，這些通道4沿著冷卻液流方向3延伸，并能夠增加制品1的表面積，從而提高從制 品1到冷卻液的熱傳送的效能。 依據(jù)本發(fā)明，制品1具有一各向異性平均熱傳導率(anisotropic averagethermal conductivity)，尤其是，沿冷卻液流3的方向的制品1的平均熱傳導率低于沿垂直于冷卻 液流3的方向的制品1的平均熱傳導率，箭頭5用來表示垂直于冷卻液流3的方向，而制品 1的第二長度b也是沿著該箭頭5的方向延伸。 這種配置使得由制品1內(nèi)的磁熱活性相2產(chǎn)生的磁致熱(magnetocaloricallyinduced heat)能夠沿著箭頭5的方向被有效傳導至制品1的外表面 6，并從制品1的外表面6傳導至冷卻液，與此同時阻止制品1內(nèi)的磁致熱沿著與冷卻液流 方向3相反的方向傳導。這就阻止了制品1內(nèi)的一種內(nèi)部短路型式，在該制品1內(nèi)，被冷卻 液從冷端7攜帶至熱端8的熱量能完全被制品1本身傳導至冷端7。 圖2是圖1所示制品的橫截面圖，圖2的橫截面圖表示出制品1具有一個層結構 并包括有三個活性區(qū)(three active phases) 9、 10、 11，每一活性區(qū)包括有一磁熱活性相2， 每一活性區(qū)9、10、11的磁熱活性相均具有不同的居里溫度(Tc)，因此每一活性區(qū)的居里溫 度(Tc)沿著冷卻液流方向3升高?；钚詤^(qū)9、10、11之間均被一熱障層12分隔，而且該熱 障層12能進一步阻止制品1內(nèi)相鄰活性區(qū)9、10、11之間的熱傳導。 每一活性區(qū)9、10、11進一步包括一磁熱被動相(a magnetocaloricallypassive phase) 13，該磁熱被動相13的熱傳導率比磁熱活性相2的熱傳導率大。制品1的各向異性 平均熱傳導率是根據(jù)在層結構中設置的顆粒(grain) 14而定。層結構的微觀結構如圖3及 圖5所示，其宏觀結構如圖2及圖4所示，而由兩種微觀結構相給合而組成的層結構也可以 被使用。 在圖3所示的實施例中，磁熱被動相13包括若干個具有大致呈平板狀外形的顆粒 14。平板狀顆粒14具有一長邊方向(a long direction) 15及一大致垂直于該長邊方向15 的短邊方向(a short direction) 16。這些平板狀顆粒14排列于制品1內(nèi)，這樣基本上長 邊方向15會沿平行于該制品1的第二長度b的方向延伸，并大致垂直于冷卻液流方向3。 顆粒14的短邊方向16則基本上大致平行于制品1的第一長度1，并且平行于冷卻液流方向 3。 在該制品1內(nèi)排列該磁熱被動相13的這些顆粒14，使得這些顆粒具有一擇優(yōu)取向 (a preferred orientation)及/或擇優(yōu)組織(preferred texture)。擇優(yōu)取向用來表示 顆粒的物理排列，而擇優(yōu)組織用來表示顆粒的結晶方向。由于該擇優(yōu)取向及/或擇優(yōu)組織， 制品1在垂直于該冷卻液流方向3的方向上的平均熱傳導率高于制品1在平行于該冷卻液 流方向3的方向上的平均熱傳導率。 在這個實施例中，磁熱活性相2的顆粒17相較于磁熱被動相13的顆粒14是大致 呈等方向性的。磁熱活性相2的顆粒17分布于磁熱被動相13的這些顆粒14當中，磁熱被 動相13可以提供制品1的矩陣，并起到粘結磁熱活性相2的顆粒17的作用。圖3所示的 實施例提供了一種制品l，從微觀角度來講，由于分布有磁熱被動相13的顆粒14，從而使得 該制品1具有等向性平均熱傳導率。 在圖4所示的第二實施例中，磁熱被動相13的顆粒14也具有大致呈平板狀的外 形。這些顆粒14是按擇優(yōu)取向排列于該制品1中，因此顆粒14的長邊方向大致沿平行于 該制品1的第二長度b的方向延伸，并大致垂直于冷卻液流方向3。 在圖4的第二實施例中，與圖2的實施例一樣，制品1的各向異性熱傳導率是由一 層結構提供，在該層結構中，基本上由磁熱被動相13組成的層19是插入在由磁熱活性相2 組成的層18之間。在圖4所示的實施例中，宏觀的提供了制品1的各向異性熱傳導率。
盡管能夠提供許多層，但在圖4中僅表示出一個夾置于磁熱活性相2的兩個層18 之間的磁熱被動相13的層19。層18、19的多層結構是沿著制品1的第一長度1的方向建
磁熱被動相13可以是金屬，而在其它實施例中，可以是磁性。磁性的磁熱被動相 13具有顆粒14能夠按磁性對齊以產(chǎn)生擇優(yōu)取向的優(yōu)點。 制品1還可以包括一外保護套20，以保護制品l，尤其是保護磁熱活性相2免受環(huán) 境及冷卻液的腐蝕。 可以通過密切混合磁熱活性相2及磁熱被動相13的粉劑并壓制(compacting) 該混合物而制造圖3的制品1。磁熱被動相13的顆粒14的擇優(yōu)取向至少部分是因為在 壓縮粉劑混合物的模具內(nèi)的粉劑產(chǎn)生沉淀而出現(xiàn)。顆粒14的擇優(yōu)取向還可能由壓制過程 (compactionprocess)引起。施加于壓制過程中的壓力方向通常垂直于平板狀顆粒14的長 邊方向15，這樣就能夠促進平板狀顆粒14沿垂直于壓制方向的長邊方向展開。此外，平板 狀顆粒14可以在另一個顆粒上滑過，從而提高擇優(yōu)取向的程度。 擇優(yōu)取向的程度還可以通過在壓制過程中加熱而提高，加熱可以促進顆粒燒結， 使得這種已被給予優(yōu)先生長方向的顆粒能夠進一步提高平板狀顆粒的各向異性及擇優(yōu)取 向的程度。 顆粒的擇優(yōu)取向至少部分還可以由發(fā)生于壓制前或壓制后的對準過程 (alignment processes)產(chǎn)生，擇優(yōu)取向還可以與壓制過程分開而被充分完成。
在另外的實施例中，可以通過磁性材料并施加磁場而提供磁熱被動相，所施加的 磁場是為了誘導在制品1內(nèi)沿理想方向擇優(yōu)取向。磁場可以在壓制之前及/或壓制期間被 施加。此外，在施加磁場的同時，也可以應用熱處理。 制品1也可以通過反應燒結(reaction sintering)而制造。在本實施例中，提供
了磁熱活性相的前體。該前體是由大量的非磁熱活性相組成，當他們相互反應時產(chǎn)生磁熱
活性相。從微觀角度來講，該前體可以與磁熱被動相密切混合，以形成各向異性熱傳導制
品。磁熱活性相的前體也可以作為類似于圖4所示的宏觀層結構中的不太引人注意的層。
在壓制之前或期間，加熱制品以使得前體反應燒結并形成磁熱活性相。 磁熱被動相的擇優(yōu)取向也可以通過其它現(xiàn)有的方法完成，例如磁熱被動相能夠
經(jīng)受輥壓處理(a rolling treatment)或可以作為一具有擇優(yōu)取向的薄層。 如果提供一外保護套，該外保護套可以在壓制及任何熱處理工藝之后應用于該制
品。該外保護套可以應用在浸漬(dipping)、噴涂(spraying)或電鍍(electroplating)中。 在如圖5所示的實施例中，磁熱活性相2還包括具有細長型的顆粒21，僅為了舉例 說明，磁熱活性相2的顆粒21被涂上黑色陰影，而磁熱被動相13的顆粒14則被保留為無 陰影。在這個實施例中，磁熱活性相2還依擇優(yōu)取向排列于該制品1內(nèi)，因此顆粒21的長 邊方向22沿著大致垂直于該冷卻液流的方向3延伸，而顆粒21的短邊方向23則沿著該冷 卻液流的方向3延伸。 圖6舉例說明了一依據(jù)第四實施例的制品l，該制品用作磁性換熱系統(tǒng)的工件。
該第四實施例的制品1包括一磁熱活性相2的若干個顆粒17及一磁熱被動相13 的若干個顆粒14。平均來說，每一顆粒17具有大致等方向性的形狀。在本實施例中，由于 磁熱被動相13的等方向性形狀顆粒(the isotropically-shapedgrains) 14的擇優(yōu)取向， 制品1具有各向異性熱傳導率。 磁熱被動相13的大致呈球狀的顆粒14包括 一 鐵磁材料(aferromagneticmaterial)，本案為鐵。顆粒14被排列為若干個行或鏈(rows or chains)24， 行或鏈24具有沿大致平行于該第二方向5且垂直于該制品1的冷卻液流方向3延伸的長 邊方向。這些鏈24排列成一系列的沿著堆疊方向28層疊而成的層結構，其中堆疊方向28 是平行于冷卻液流的方向3。磁熱活性相2的顆粒17排列于磁熱被動相13的鏈24之間， 并且磁熱活性相2的顆粒17還具有擇優(yōu)取向的程度。磁熱活性相2的擇優(yōu)取向是由于在 磁熱被動相13中進行擇優(yōu)取向的預成型時產(chǎn)生的。 磁熱被動相13的熱傳導率大于磁熱活性相2的熱傳導率，因此制品1具有平均的 各向異性熱傳導率。特別是，制品1沿第二方向5的熱傳導率大于其沿冷卻液流方向3的 熱傳導率。 圖6所示的第四實施例的制品1是通過密切混合磁熱活性相2和磁熱被動相13 的微粒，并將其放置于壓制容器中，例如模具。在第二方向5上施加磁場，能夠引起磁熱被 動相13的鐵磁微粒沿著施加磁場的方向相互對齊，以產(chǎn)生若干個鏈24。
由于磁熱被動相13的微粒的排列鏈24在預成型時限制制品1內(nèi)磁熱活性相2的 微粒移動，從而發(fā)生磁熱活性相2的顆粒的擇優(yōu)取向。 在另外的實施例中，磁熱活性相2是低于居里溫度的鐵磁材料。因此，如果將磁場 施加于低于磁熱活性相2的居里溫度的粉劑混合物，也能夠?qū)崿F(xiàn)沿所施加磁場的方向的磁 熱活性相2的微粒的擇優(yōu)取向。 圖7舉例說明了一依據(jù)第五實施例的制品l'，該制品1'用作磁性換熱系統(tǒng)的工 件。 第五實施例的制品l'基本是由一個或多個磁熱活性相2組成的，第五實施例的制
品r不會受到磁熱被動相的約束，在本實施例中，制品r的各向異性平均熱傳導率是由
制品1，密度的各向異性分布(anisotropic distribution)，以及特別是由制品1，孔隙度 (porosity)的各向異性分布而提供的。 第五實施例的制品l'包括若干個層，在圖7中表示出了其中五個層。三個第一層 25具有一低孔隙度，兩個分別排列于相鄰的第一層25之間的第二層26具有一比第一層25 的孔隙度較高的孔隙度。在圖7所示的實施例中，用黑色陰影區(qū)域表示孔隙(pores) 27。
孔隙的熱傳導率比磁熱活性相的熱傳導率低，因此第二層26的熱傳導率低于第 一層25的熱傳導率。這就使得制品l'在沿著冷卻液流方向3并從制品的一端至另一端測 量的平均熱傳導率是小于沿著第二方向5并從制品1'的一側面至另一側面測量的平均熱 傳導率。 第五實施例的多層(multilayer)或?qū)訅?laminated)制品l'可以通過將若干個 層不同密度或不同孔隙度的層堆疊在一起而形成。特別地，具有高密度的第一層25與具有 低密度的第二層26是交替疊置的。層25和26是沿著堆疊方向28直接疊置在另一個層的 上面，因此每一層均是直接的物理式的接觸。層25和26可以借助粘著劑被固定地附著于 他們的相鄰層上。 制作第五實施例的制品l'時，需首先制造若干個具有第一密度的板狀或薄片狀第 一層25，并制造具有比第一密度低的第二密度的若干個板狀(plates)或薄片狀(foils)第 二層26。 第一板片25和第二板片26是交替堆疊在另一個的上方，以將每一板25、26連接在下面的板上從而形成制品r。 板片或薄片25、26可以通過壓制磁熱活性相的微粒而制成，板和薄片的密度能夠 通過調(diào)整壓制的條件而調(diào)節(jié)。例如，壓制的壓力，以及如果使用熱處理的話，可以通過提高 熱處理的溫度及時間以實現(xiàn)板或薄片的較高密度。 第五實施例的制品1'還可以進一步包括一外保護套、熱障層及腐蝕保護套，以覆 蓋如前面實施例中描述的磁熱活性相的顆粒。
0131]參考標號
0132]1磁性換熱制品
0133]2磁熱活性相
0134]3冷卻液流方向
0135]4通道
0136]5第二方向
0137]6制品的外表面
0138]7制品的冷端
0139]8制品的熱端
0140]9第一活性區(qū)
0141]10第二活性區(qū)
0142]ll第三活性區(qū)
0143]12熱障層
0144]13磁熱被動相
0145]14磁熱被動相的顆粒
0146]15顆粒的長邊方向
0147]16顆粒的短邊方向
0148]17磁熱活性相的顆粒
0149]18磁熱活性相的層
0150]19磁熱被動相的層
0151]20外保護套
0152]21磁熱活性相的顆粒
0153]22顆粒的長邊方向
0154]23顆粒的短邊方向
0155]24鏈
0156]25第一層
0157]26第二層
0158]27孔隙
0159]28堆疊方向
權利要求
一種磁性換熱制品(1)，沿著一第一方向(3)及一垂直于該第一方向(3)的第二方向(5)延伸，該制品(1)包括有至少一磁熱活性相(2)，其特征在于該制品(1)的平均熱傳導率是各向異性的。
2. 如權利要求l所述的磁性換熱制品，其特征在于該制品(1)沿該第一方向(3)的 平均熱傳導率小于該制品(1)沿該第二方向(5)的熱傳導率。
3. 如權利要求1或2所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該制品(1)包括有一沿該 第一方向(3)的第一長度及一沿該第二方向(5)的橫截面區(qū)域，該橫截面區(qū)域具有一第二 長度，其中在該制品(1)的第一長度上測得的平均熱傳導率小于在該制品的第二長度上測 得的平均熱傳導率。
4. 如權利要求1至3的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該制品(1)進 一步包括有一磁熱被動相(13)，該磁熱被動相(13)的熱傳導率大于該磁熱活性相(2)的熱 傳導率。
5. 如權利要求4所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該磁熱被動相(13)包括有若 干個具有擇優(yōu)取向的顆粒(14)。
6. 如權利要求4或5所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該磁熱被動相(13)的這 些顆粒(14)包括有一具有一長邊方向(15)及一垂直于該長邊方向(15)的短邊方向(16) 的細長外形。
7. 如權利要求4至6的其中一項所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該磁熱被動相 (13)的這些顆粒(14)是按一擇優(yōu)組織排列在該制品(1)中。
8. 如權利要求4至7的其中一項所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該磁熱被動相 (13)的這些顆粒(14)排列于該制品(1)中，并使得這些顆粒的長邊方向(15)沿垂直于該 制品(1)的第一方向(3)延伸。
9. 如權利要求5至8的其中一項所述的所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該磁熱 被動相(13)的這些顆粒(14)排列于該制品(1)中，并使得這些顆粒的短邊方向(16)沿平 行于該制品(1)的第一方向(3)延伸。
10. 如權利要求1至9的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱活性 相(2)包括有若干個按一擇優(yōu)取向排列于該制品(1)中的顆粒(17)。
11. 如權利要求10所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該磁熱活性相(2)的這些顆 粒(17)具有一擇優(yōu)組織。
12. 如權利要求10或11所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱活性相(2)包 括有若干個顆粒(21)，每一顆粒均具有一細長外形，該細長外形具有一長邊方向(22)及一 垂直于該長邊方向(22)的短邊方向(23)。
13. 如權利要求10至12的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱活 性相(2)的這些顆粒(21)排列于該制品(1)中，并使得顆粒(21)的長邊方向(22)沿垂直 于該制品(1)的第一方向(3)延伸。
14. 如權利要求10至13的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱活 性相(2)的這些顆粒(21)排列于該制品(1)中，并使得顆粒(21)的短邊方向(23)沿平行 于該制品(1)的第一方向延伸。
15. 如權利要求10至14的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱活性相(2)的這些顆粒(21)進一步包括有一腐蝕保護套。
16. 如權利要求15所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該腐蝕保護套包含有一金 屬、 一合金、 一聚合物、 一 陶瓷或一無機化合物。
17. 如權利要求15所述的磁性換熱制品，其特征在于該腐蝕保護套包含有鋁、銅、錫或磷酸鹽。
18. 如權利要求1至17的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該制品(1)包括有若干個基本由該磁熱活性相(2)組成的第一層(18)及若干個基本由該磁熱被動相 (13)組成的第二層(19)，并且第一層與第二層相互交替插入。
19. 如權利要求1至3或10至18的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于 該制品(1)包括有至少一基本由該磁熱活性相(2)組成并具有第一密度的第一層(25)及 至少一基本由該磁熱活性相(2)組成并具有第二密度的第二層(26)，其中該第一密度大于 該第二密度。
20. 如權利要求19所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該至少一第一層(25)包括 有一第一平均孔隙度，而該至少一第二層(26)包括有一第二平均孔隙度，其中該第二平均 孔隙度大于該第一平均孔隙度。
21. 如權利要求18至20的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該至少一 第一層(25)與該至少一第二層(26)層疊排列，其中相鄰層之間形成相互的物理接觸。
22. 如權利要求18至21的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該第一層 (18、25)與該第二層(19、26)具有一沿著平行于該制品(1)的第一方向(3)延伸的厚度，以 及一沿著該制品(1)的第二方向(5)延伸的橫截面區(qū)域。
23. 如權利要求1至22的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該制品(1) 包括有兩個或多個沿著該第一方向(3)排列的活性區(qū)(9、10、11)，每一活性區(qū)(9、10、11)包 括一具有不同居里溫度的磁熱活性相(2)。
24. 如權利要求23所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該活性區(qū)(9、10、11)的居里 溫度沿著該制品(1)的第一方向升高。
25. 如權利要求1至24的其中一項所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該制品(1) 進一步包括有至少一熱障層(12)，該熱障層(12)的熱傳導率小于該磁熱活性相(2)的熱傳 導率。
26. 如權利要求25所述的磁性換熱制品，其特征在于該制品(1)包括有若干個沿該 制品(1)的第一方向(3)間隔排列的熱障層(12)。
27. 如權利要求25或26所述的磁性換熱制品，其特征在于在相鄰的活性區(qū)(9、 10、 11)之間排列有一熱障層(12)。
28. 如權利要求1至27的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱活性 相(2)是GcULa(FepbSi山3基相、Gds(Si， Ge)4基相、Mn(As， Sb)基相及MnFe (P， As)基相、 Tb-Gd基相、(La， Ca， Pr， Nd， Sr)Mn03基相、Co-Mn-(Si， Ge)基相，以及Pr2(Fe， Co)u基相的 其中一種或多種。
29. 如權利要求1至28的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱被動 相(13)包括A1， Cu， Ti，Mg， Zn，Sn，Bi及Pb中的其中一種或多種元素。
30. 如權利要求1至29的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該磁熱被動相(13)包括一軟磁材料。
31. 如權利要求30所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該軟磁材料包括Fe， FeSi， Co及Ni中的其中一種或多種。
32. 如權利要求1至31的其中一項所述的磁性換熱制品(1)，其特征在于該制品(1) 進一步包括有至少一位于一表面(6)上的通道(4)。
33. 如權利要求32所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該通道(4)用來引導一熱交 換介質(zhì)流。
34. 如權利要求1至33的其中一項所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該制品進一 步包括一外保護套(20)。
35. 如權利要求34所述的磁性換熱制品(l)，其特征在于該外保護套(20)包括一聚 合物或一金屬或一合金。
36. 利用如權利要求1至35的其中一項所述的該磁性換熱制品(1)作為一熱交換器、 一制冷系統(tǒng)、一環(huán)境控制裝置、一空氣調(diào)節(jié)裝置、以及一工業(yè)、商業(yè)或家用冰箱的一個構件。
37. 利用如權利要求1至35的其中一項所述的該磁性換熱制品(1)作為一熱交換器、 一制冷系統(tǒng)、一環(huán)境控制裝置、一空氣調(diào)節(jié)裝置、以及一工業(yè)、商業(yè)或家用冰箱的一個構件， 其中該制品(1)被設置為使得該制品(1)的該第一方向(3)大致平行于操作期間的熱流方 向。
38. —種換熱系統(tǒng)，包括一如權利要求1至35的其中一項所述的磁性換熱制品(1)。
39. —種磁性換熱制品(1)的制造方法，包括 提供一磁熱活性相(2)或者一磁熱活性相的前驅(qū)物； 提供一磁熱被動相(13)，包括有若干個顆粒(14);組裝該磁熱活性相(2)或者磁熱活性相的該前驅(qū)物與該磁熱被動相(13);壓制該磁熱活性相(2)或者磁熱活性相的該前驅(qū)物與該磁熱被動相(13)，以形成一制 品(1);以及產(chǎn)生該磁熱被動相(13)的這些顆粒(14)的一平均擇優(yōu)取向。
40. 如權利要求39所述的方法，其特征在于執(zhí)行壓制，使得該磁熱被動相(13)的顆 粒(14)形成擇優(yōu)取向。
41. 如權利要求39或40所述的方法，其特征在于執(zhí)行壓制，使得該磁熱活性相(2)的 顆粒(17)形成擇優(yōu)取向。
42. 如權利要求39至41的其中一項所述的方法，其特征在于該磁熱被動相(13)的 顆粒(14)及/或該磁熱活性相(2)的顆粒(17)的平均擇優(yōu)取向至少部分是通過施加一磁 場而產(chǎn)生的。
43. 如權利要求42所述的方法，其特征在于在執(zhí)行該壓制之前，施加該磁場。
44. 如權利要求42或43所述的方法，其特征在于在低于該磁熱活性相的居里溫度的 一溫度，施加該磁場。
45. 如權利要求39至44的其中一項所述的方法，其特征在于該磁熱被動相(13)的 顆粒具有平均各向異性尺寸，執(zhí)行該壓制使得該磁熱被動相(13)的顆粒(14)以沿垂直于 該制品(1)的第一方向(3)的長邊方向(15)定位。
46. 如權利要求39所述的方法，其特征在于該磁熱被動相(13)的這些顆粒(14)的平均擇優(yōu)取向至少部分是通過該壓制后制品的機械變形而產(chǎn)生的。
47. 如權利要求46所述的方法，其特征在于該機械變形是通過輥壓、型鍛、沖壓成形 及擠壓中的一種或多種而實現(xiàn)的。
48. 如權利要求39至47的其中一項所述的方法，其特征在于通過將該磁熱活性相 (2)與該磁熱被動相(13)互相密切混合而組合該磁熱活性相(2)與該磁熱被動相(13)。
49. 如權利要求39至48的其中一項所述的方法，其特征在于通過交替地排列基本上由 該磁熱活性相(2)組成的層(18)及基本上由該磁熱被動相(13)組成的層(19)而組合該 磁熱活性相(2)與該磁熱被動相(13)。
50. 如權利要求39至49的其中一項所述的方法，其特征在于該磁熱活性相(2)與該 磁熱被動相(13)是通過輥壓及沖壓中的其中一種而被壓制的。
51. 如權利要求39至50的其中一項所述的方法，其特征在于在壓制期間施加一磁 場，以致該磁熱被動相(13)的顆粒(14)具有磁取向，因此平均起來他們的長邊方向(15) 是被確定為基本垂直于該制品(1)的該第一方向(3)。
52. 如權利要求39至51的其中一項所述的方法，其特征在于在壓制期間施加一磁 場，以致該磁熱活性相(2)的顆粒(17)具有磁取向，因此平均起來他們的長邊方向(15)是 被確定為基本垂直于該制品(1)的該第一方向(3)。
53. —種磁性換熱制品(1)的制造方法，包括提供至少一第一板片(25)，其基本由一磁熱活性相(2)組成并具有一第一密度； 提供至少一第二板片(26)，其基本由一磁熱活性相(2)組成并具有一第二密度，該第 一板片的該第一密度是大于該第二板片的該第二密度；以及 以層疊的方式排列該第一板片(25)及該第二板片(26)。
54. 如權利要求53所述的方法，其特征在于排列該第一板片(25)及該第二板片(26) 使得他們能夠互相物理接觸。
55. 如權利要求53或54所述的方法，其特征在于該第一板片(25)包括有一第一孔 隙度，以及該第二板片(26)包括有一第二孔隙度，該第二孔隙度大于該第一孔隙度。
56. 如權利要求53至55的其中一項所述的方法，其特征在于該第一板片(25)是通 過壓制一磁熱活性相(2)或一磁熱活性相的前驅(qū)物的微粒而產(chǎn)生的。
57. 如權利要求53至56的其中一項所述的方法，其特征在于該第二板片(26)是通 過壓制一磁熱活性相(2)或一磁熱活性相的前驅(qū)物的微粒而產(chǎn)生的。
58. 如權利要求53至57的其中一項所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)該壓制的條件，以 使得在該第一板片(25)上的孔隙度低于在該第二板片(26)上的孔隙度。
59. 如權利要求53至58的其中一項所述的方法，其特征在于提供若干個第一板片 (25)及若干個第二板片(26)，他們按照該制品(1)的一疊置方向(28)被相互交替插入。
60. 如權利要求39至59的其中一項所述的方法，其特征在于在已組合的磁熱活性相(2)及/或磁熱被動相(13)中添加一潤滑劑、一有機粘合劑及一分散劑中的其中一個或多 個。
61. 如權利要求39至60的其中一項所述的方法，其特征在于在壓制期間加熱該制品(1)。
62. 如權利要求39至61的其中一項所述的方法，其特征在于加熱該制品(1)以形成來自于該前驅(qū)物的該磁熱活性相(2)。
63. 如權利要求39所述的方法，其特征在于該方法進一步包括有將一外保護套(20)應用至該制品(1)。
64. 如權利要求39所述的方法，其特征在于在浸漬、噴涂或電鍍中應用該外保護套 (20)。
全文摘要
一種磁性換熱制品(1)沿一第一方向(3)及一與該第一方向(3)基本軸向垂直的第二方向(5)延伸，該制品(1)包括至少一磁熱活性相(2)。該制品的平均熱傳導率是各向異性的。
文檔編號F25B21/00GK101785072SQ200880007812
公開日2010年7月21日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權日2008年5月16日
發(fā)明者卡特·馬提厄斯·道, 藍波·喬治·維也納 申請人:真空熔焠有限兩合公司