本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種由熱磁材料顆粒構(gòu)成的堆積換熱器床，該熱磁材料顆粒平均直徑為50μm-1mm并導(dǎo)致堆積床中孔隙率為30-45％，涉及一種由熱磁材料單塊構(gòu)成的換熱器床，該熱磁材料單塊包含通道，其中各通道的橫截面積為0.001-0.2mm2且壁厚為50-300μm，孔隙率為10-60％，表面積與體積之比為3000-50000m2/m3，或包含多個(gè)平行的板，其中板厚為0.1-2mm，板間距為0.05-1mm。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】由熱磁材料構(gòu)成的換熱器床本專利技術(shù)涉及由熱磁材料顆粒構(gòu)成或由熱磁材料單塊構(gòu)成的堆積換熱器床，其生產(chǎn)方法以及其在冰箱、空調(diào)裝置、熱泵中或在通過(guò)直接轉(zhuǎn)化熱量的發(fā)電中的用途。熱磁材料也稱作磁熱材料，可用于制冷，例如用于冰箱或空調(diào)裝置、熱泵或用于由熱量直接發(fā)電而無(wú)需轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的中間連接。這類材料原則上是已知的且例如描述于WO2004/068512。磁冷卻技術(shù)基于磁熱效應(yīng)(MCE)，且可替代已知的蒸氣循環(huán)冷卻方法。在呈現(xiàn)磁熱效應(yīng)的材料中，無(wú)規(guī)排列的磁矩受到外部磁場(chǎng)作用產(chǎn)生排列導(dǎo)致材料發(fā)熱。該熱量可通過(guò)傳熱而由MCE材料移除到周圍氣氛中。當(dāng)隨后將磁場(chǎng)關(guān)閉或除去時(shí)，磁矩又回復(fù)到無(wú)規(guī)排列，這導(dǎo)致材料冷卻至低于環(huán)境溫度。該效應(yīng)可被用于冷卻目的；參見Nature，第415卷，2002年1月10日，第150-152頁(yè)。通常將傳熱介質(zhì)，如水用于從磁熱材料中移除熱量。用于磁熱發(fā)電機(jī)的材料同樣基于磁熱效應(yīng)。在呈現(xiàn)磁熱效應(yīng)的材料中，無(wú)規(guī)排列的磁矩受到外部磁場(chǎng)作用產(chǎn)生排列導(dǎo)致材料發(fā)熱。該熱量可通過(guò)傳熱而由MCE材料移除到周圍氣氛中。當(dāng)隨后將磁場(chǎng)關(guān)閉或除去時(shí)，磁矩又回復(fù)到無(wú)規(guī)排列，這導(dǎo)致材料冷卻至低于環(huán)境溫度。該效應(yīng)首先可被用于冷卻目的；其次可被用于將熱量轉(zhuǎn)化為電能。磁熱產(chǎn)生電能與磁加熱和冷卻相關(guān)。在該概念首次出現(xiàn)時(shí)，能量產(chǎn)生的方法被描述為熱磁能量產(chǎn)生。與Peltier或Seebeck類型的裝置相比，這些磁熱裝置可具有顯著更高的能量效率。對(duì)這種物理現(xiàn)象的研究開始于19世紀(jì)晚期，當(dāng)時(shí)兩位科學(xué)家Tesla和Edison申請(qǐng)了關(guān)于熱磁發(fā)電機(jī)的專利。就熱磁或磁熱應(yīng)用而言，材料應(yīng)允許有效熱交換，以能夠獲得高的效率。在制冷過(guò)程以及在發(fā)電過(guò)程中，均將熱磁材料用于換熱器中。本專利技術(shù)目的為提供由適用于換熱器，特別是適用于制冷或發(fā)電的熱磁成型體構(gòu)成的換熱器床。這些成型體應(yīng)允許高的傳熱，具有對(duì)換熱介質(zhì)的低流動(dòng)阻力且具有高度磁熱密度。根據(jù)本專利技術(shù)，該目的通過(guò)由熱磁材料顆粒構(gòu)成的堆積換熱器床實(shí)現(xiàn)，所述熱磁材料顆粒平均直徑為50μm-1mm并導(dǎo)致堆積床中孔隙率為30-45％。孔隙率被定義為在換熱器床中空間(間隙)的體積比例。換熱器床可通過(guò)以下方法生產(chǎn)：其中將熱磁材料粉末成型以形成熱磁材料顆粒，隨后將材料顆粒堆積以形成換熱器床。該目的另外通過(guò)由熱磁材料單塊構(gòu)成的換熱器床實(shí)現(xiàn)，該熱磁材料單塊具有連續(xù)的通道，其中各通道的橫截面積為0.001-0.2mm2且壁厚為50-300μm，孔隙率為10-60％，表面積與體積之比為3000-50000m2/m3。或者，熱磁材料單塊可包含或由多個(gè)平行的板形成，其中板厚為0.1-2mm，優(yōu)選0.5-1mm，板間距(間隙)為0.05-1mm，優(yōu)選0.05-0.2mm。板的數(shù)目例如可為5-100，優(yōu)選10-50。換熱器床例如通過(guò)將熱磁材料擠出、注塑或模塑形成單塊而生產(chǎn)。另外，該目的通過(guò)將如上所定義的換熱器床用于冰箱、空調(diào)裝置、熱泵中或用于通過(guò)直接轉(zhuǎn)化熱量的發(fā)電中而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本專利技術(shù)，已發(fā)現(xiàn)由熱磁材料顆粒構(gòu)成的堆積換熱器床是高效的材料幾何形狀，其在熱磁材料顆粒的平均直徑為50μm-1mm且堆積床中孔隙率為30-45％時(shí)，使換熱器床操作最佳。各材料顆粒可具有任何所需形式。材料顆粒優(yōu)選呈球形、丸形、片形或圓柱形。材料顆粒更優(yōu)選呈球形。材料顆粒，特別是球的直徑為50μm-1mm，更優(yōu)選200-400μm。材料顆粒，特別是球可具有粒度分布。粒度分布優(yōu)選是窄的，以使存在占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)尺寸的球。直徑優(yōu)選與平均直徑相差不超過(guò)20％，更優(yōu)選不超過(guò)10％，特別是不超過(guò)5％。在堆積床中，這導(dǎo)致孔隙率為30-45％，更優(yōu)選36-40％。作為堆積換熱器床的材料顆粒，特別是具有上述尺寸的球產(chǎn)生高的固體和液體(換熱器液體)之間的傳熱系數(shù)，其中壓降低。這允許換熱器床的性能系數(shù)(COP)改進(jìn)。高的傳熱系數(shù)允許堆積床在比常規(guī)較高的頻率下操作，并因此允許較大的能量提取。單獨(dú)的熱磁材料可存在于堆積換熱器床中，但是也可組合一系列具有不同居里溫度的的不同磁熱材料。這使得在單個(gè)換熱器床中實(shí)現(xiàn)整體上大的溫度變化。根據(jù)本專利技術(shù)，優(yōu)選將居里溫度最大差為1-10℃，更優(yōu)選2-6℃的熱磁材料組合。就特定操作條件而言，堆積換熱器床的性能可通過(guò)使用具有不同直徑的材料顆粒，特別是球而優(yōu)化。較低直徑，特別是球直徑導(dǎo)致較高的傳熱系數(shù)并因此允許較好的熱交換。然而，這與經(jīng)過(guò)換熱器床的較高壓降相關(guān)。反之，較大材料顆粒，特別是球的使用導(dǎo)致較慢的傳熱，但導(dǎo)致較低的壓降。由熱磁材料顆粒構(gòu)成的堆積換熱器床可以任何合適的方式生產(chǎn)。熱磁材料顆粒例如首先通過(guò)將熱電材料粉末成型以形成熱磁材料顆粒而生產(chǎn)。隨后，將材料顆粒堆積以形成換熱器床。這可通過(guò)將材料顆粒注入合適容器中而進(jìn)行，在該情況下床的沉降可通過(guò)震蕩而改進(jìn)。也可在液體中漂浮并隨后使材料顆粒沉降。另外可使各材料顆粒以受控的方式沉降，以形成均勻結(jié)構(gòu)。在該情況下，例如可獲得球的緊密的立方堆積。堆積換熱器床的抗移動(dòng)性可通過(guò)任何合適的方式獲得。例如可將其中存在堆積換熱器床的容器在所有側(cè)都閉合。這例如可使用網(wǎng)籠進(jìn)行。此外，例如可通過(guò)使材料顆粒在堆積床中表面熔融或通過(guò)將材料顆粒在堆積床中相互燒結(jié)而將各材料顆粒相互連接。應(yīng)進(jìn)行表面熔融或燒結(jié)，以使材料顆粒之間的間隙非常充分地保留。由呈片、圓柱、丸或球狀或相似形狀的熱磁材料顆粒形成堆積換熱器床是有利的，因?yàn)殡S之獲得了大的表面積與質(zhì)量之比。這實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的傳熱速度以及較低的壓降。換熱器床的第二個(gè)有利實(shí)施方案為具有連續(xù)通道的熱磁材料單塊。單塊可被認(rèn)為是熱磁材料塊，在該情況下熱磁材料塊的兩個(gè)相反的端部側(cè)具有用于液體的進(jìn)口和出口，其通過(guò)經(jīng)過(guò)整個(gè)單塊的通道連接。相應(yīng)單塊例如可源于其中熱磁材料的各個(gè)管相互連接的管束。通道優(yōu)選相互平行且通常以直線穿過(guò)單塊。當(dāng)有特定使用要求時(shí)，也可提供彎曲的通道輪廓。相應(yīng)的單塊形式例如由汽車廢氣催化劑已知。因此，熱磁材料單塊例如可具有細(xì)胞形式，在該情況下，各細(xì)胞可具有任何所需的幾何形狀。例如，通道可具有如蜂窩情況下的六角形橫截面，或矩形橫截面。根據(jù)本專利技術(shù)，星型橫截面、圓形橫截面、橢圓形橫截面或其它橫截面也是可行的，其條件是遵守以下條件：-各通道的橫截面積為0.001-0.2mm2，更優(yōu)選0.01-0.03mm2，特別是0.015-0.025mm2-壁厚為50-300μm，更優(yōu)選50-150μm，特別是85-115μm-孔隙率為10-60％，更優(yōu)選15-35％，特別是20-30％-表面積與體積之比為3000-50000m2/m3，更優(yōu)選5000-15000m2/m3。各通道例如可具有矩形橫截面，其中橫截面尺寸為50μm×25μm至600μm×300μm，特別是約200μm×100μm。壁厚可特別優(yōu)選為約100μm。孔隙率可更優(yōu)選為約25％。因此，孔隙率通常明顯低于堆積的球床的孔隙率。這允許將更多的磁熱材料引入給定體積的磁場(chǎng)。這導(dǎo)致在提供磁場(chǎng)的相同花費(fèi)下更大的熱效應(yīng)。成型體具有連續(xù)通道。這允許液體載熱介質(zhì)流經(jīng)，如水、水/醇混合物、水/鹽混合物或氣體如空氣或稀有氣體。優(yōu)選使用水或水/醇混合物，在該情況下醇可為一元醇或多元醇。醇例如可為二元醇。單塊例如可由在層中具有薄的平行通道的磁熱材料層形成。非常大的表面積與體積之比允許本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】2009.08.10 EP 09167550.41.一種由熱磁材料顆粒構(gòu)成的堆積換熱器床，所述熱磁材料顆粒平均直徑為50μm-400μm并導(dǎo)致堆積床中孔隙率為36-40％，其中所述由熱磁材料顆粒構(gòu)成的堆積換熱器床如下生產(chǎn)：使熱磁材料的粉末成型以形成熱磁材料顆粒，隨后將材料顆粒堆積以形成換熱器床，其中使各材料顆粒以受控的方式沉降。2.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器床，其中將材料顆粒堆積以形成換熱器床通過(guò)將材料顆粒注入合適容器中而進(jìn)行。3.根據(jù)權(quán)利要求2的換熱器床，其中床的沉降通過(guò)震蕩而改進(jìn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器床，其中所述材料顆粒的直徑偏離平均直徑不超過(guò)20％。5.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器床，其中所述材料顆粒呈球形、丸形、片形或圓柱形。6.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱器床，其中所述材料顆粒具有球形。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的換熱器床，其中所述熱磁材料選自如下化合物：(1)通式(I)的化合物：(AyB1-y)2+δCwDxEz(I)，其中A為Mn或Co，B為Fe、Cr或Ni，C、D和E中至少兩個(gè)是不同的，具有非零含量且選自P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As和Sb，其中C、D和E中至少一個(gè)為Ge或Si，δ為-0.1至0.1的數(shù)，w、x、y、z為0-1的數(shù)，其中w+x+z＝1；(2)通式(II)和/或(III)和/或(IV)的基于La和Fe的化合物：La(FexAl1-x)13Hy或La(FexSi1-x)13Hy(II)，其中x為0.7-0.95的數(shù)，y為0-3的數(shù)；La(FexAlyCoz)13或La(FexSiyCoz)13(III)，其中x為0.7-0.95的數(shù)，y為0.05至1-x的數(shù)，z為0.005-0.5的數(shù)；LaMnxFe2-xGe(IV)，其中x為1.7-1.95的數(shù)；(3)MnTP類型的哈斯勒合金，其中T為過(guò)渡金屬，P為每個(gè)原子電子計(jì)數(shù)e/a為7-8.5的p型摻雜金屬；(4)通式(V)的基于Gd...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：CP·卡羅爾，B·里辛克，G·德根，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：巴斯夫歐洲公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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