CN102878720A

CN102878720A - 磁热材料结构

Info

Publication number: CN102878720A
Application number: CN2012102412401A
Authority: CN
Inventors: 吴调原; 谢昇汎; 张婕诗; 林明瀚; 郭钟荣
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2013-01-16
Also published as: US20130017386A1; DE102012106252A1

Abstract

本发明揭露一种磁热材料结构，包括一磁热材料本体以及多个流道。流道配置于磁热材料本体内，各流道于截面具有一中心，流道的中心依据下列公式排列设置：L₃ ²≠L₁ ²+L₂ ²。其中，L₁为与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，L₂为与此方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最大值，L₃为不与此方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值。本发明另揭露一种磁热材料结构，包括一磁热材料本体以及多个流道。流道配置于磁热材料本体内，各流道的截面呈非圆形与非矩形，且呈对称形状或呈不对称形状。

Description

磁热材料结构

技术领域

本发明关于一种磁热材料结构。

背景技术

磁热材料（magnetocaloric material,MCM）为具有磁热效应的材料，其在一外加磁场的作用下，磁热材的温度会随着磁场大小的变化而产生升温或降温现象，因而可用以制作磁热式的热产生器或致冷器。

现有的磁热材结构如图1A所示，磁热材料本体10容置于磁热材料容器11，磁热材料本体10中设置有多个流道12，贯穿磁热材料本体10，流道12的设置是为了供工作流体（图未显示）流过，以使磁热材料本体10与工作流体间进行热交换。现有流道12的截面形状及排列设计如图1所示，其截面形状为圆形，且呈阵列排列设置，使一外加磁场沿磁场方向B通过磁热材料结构1。

需特别说明的是，上述的“阵列排列设置”一词定义如下，并请同时参考图1B的示意图，各流道12于截面具有一中心，流道12的中心依据下列公式排列设置：L₃ ²=L₁ ²+L₂ ²。其中L₁为与磁场方向B平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，L₂为与磁场方向B平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最大值，L₃为不与磁场方向B平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值。

然而，现有磁热材料结构与尺寸的设计只有依据热传能力、功耗损失、材料机械强度与加工能力这些特性分别设计，但未能同时将磁场通过造成的磁阻、未受磁场作用的材料体积、及结构强度等影响因素纳入考虑。举例而言，在现有磁热材料结构1中，磁场于磁热材本体10作用的磁力线Lm₁如图1所示，其并无通过沿磁场方向B所排列的相邻流道12之间的区域A₁，此区域A₁中的磁热材料本体10未受磁场作用，因而不会产生磁热效应，并且，磁场通过圆形的流道12时所受的磁阻较大，使得磁热材料结构1无法发挥最大效能。

因此，如何提供一种磁热材料结构，其能够提升磁热转换效能，并提高整体结构强度，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够提升磁热转换效能并提高整体结构强度的磁热材结构。

为达上述目的，依据本发明的一种磁热材料结构包括一磁热材料本体以及多个流道。流道配置于磁热材料本体内，各流道于截面具有一中心，流道的中心依据下列公式排列设置：L₃ ²≠L₁ ²+L₂ ²。其中，L₁为与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，L₂为与此方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最大值，L₃不与此方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值。

在一实施例中，方向为通过磁热材料本体的磁场方向。

在一实施例中，中心为几何中心或重心。

在一实施例中，流道呈交错排列设置。

在一实施例中，流道内流通一工作流体。其中，工作流体可包含防腐蚀添加物、防冻添加物、减少工作流体与流道壁面间阻力的添加物、或其组合。

在一实施例中，L₁等于0。

为达上述目的，依据本发明的另一种磁热材料结构包括一磁热材料本体以及多个流道。流道配置于磁热材料本体内，各流道的截面呈非圆形与非矩形的形状，且呈对称形状或呈不对称形状。

在一实施例中，对称形状为三角形、菱形、鸢形、梯形、五边形、六边形、六边以上的多边形、椭圆形、液滴形、梭形、扇形、或以上形状的组合。

在一实施例中，不对称形状为非前一实施例中所述的对称形状，均可视为不对称形状。

在一实施例中，非圆形与非矩形的截面形状的转角为圆角、弧角、或其组合。

在一实施例中，流道交错排列设置。

在一实施例中，非圆形与非矩形的截面形状具有一锐角。

在一实施例中，流道流通一工作流体。其中，工作流体可包含防腐蚀添加物、防冻添加物、减少工作流体与流道壁面间阻力的添加物、或其组合。

承上所述，本发明的磁热材料结构是通过流道的排列方式或是流道的截面形状设计，达到降低磁热材料结构磁阻及/或减少未受磁场影响的磁热材料本体的体积的目的，同时，磁热材料结构的紧密排列还提高了热传导效率及能力，因而让磁热材料结构的效能大幅地提升，并且，特定的流道截面形状还可增进结构强度。此外，当磁热材料结构配合工作流体应用时，工作流体可包含防腐蚀添加物、防冻添加物、及减阻添加物，不仅能使磁热材料结构可应用于较严苛的工作环境或状况，还能进一步降低工作流体于流道流动时造成的功率损耗。

附图说明

图1A及图1B为一种现有的磁热材料结构的示意图；

图2A为依据本发明第一较佳实施例的一种磁热材料结构的剖面示意图；

图2B为图2A的磁热材料结构的部分剖面示意图；

图3A为本发明第二较佳实施例的一种磁热材料结构的剖面示意图；

图3B为图3A的磁热材料结构的部分剖面示意图；以及

图4A至图4F及图5A至图5C为不同形态的流道截面形状的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、2、3：磁热材料结构

10、20、30：磁热材料本体

11、21、31：磁热材料容器

12、22、22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h、22i、32：流道

A₁、A₂、A₃：区域

B：方向

L₁：为与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值

L₂：为与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最大值

L₃：为不与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值

Lm₁、Lm₂、Lm₃：磁力线

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的一种磁热材料结构，其中相同的元件将以相同的标号加以说明。

图2A为本发明第一较佳实施例的一种磁热材料结构2的剖面示意图，图2B为图2A的磁热材料结构2的部分剖面示意图。如图2A及图2B所示，磁热材料结构2包括一磁热材料本体20以及多个流道22。具体而言，磁热材料本体20容置于磁热材料容器21中，流道22贯穿磁热材料本体20，而配置于磁热材料本体20内，流道22的设置是为了使磁热材料本体20方便进行热交换，以达到快速致冷或致热的功效。在应用磁热材料结构2于一热产生器或致冷器时，需要于磁热材料结构2通过一磁场，在磁场的作用下，磁热材料本体20会因本身的磁热效应而随着磁场大小的变化产生升温或降温的现象。

流道22以一特定的排列方式设置，排列方式如下。各流道22于截面具有一中心，将与一方向平行或垂直的相邻流道22的中心连线，流道22的中心依据下列公式排列设置：L₃ ²≠L₁ ²+L₂ ²。其中，L₁为与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，L₂为与此方向平行或垂直的相邻流道22的中心连线长度的最大值，L₃为不与此方向平行或垂直的相邻流道22的中心连线长度的最小值。在此，流道22的中心为几何中心或重心，且此方向为通过磁热材料本体20的磁场方向B。实质上，依此排列方式排列的流道22为交错排列设置，而不同于现有的阵列排列（如图1B中，L₃ ²=L₁ ²+L₂ ²）。

图2A中显示磁场于磁热材料本体20作用的磁力线Lm₂，其于沿磁场方向B所排列的相邻流道22之间仍有部分磁力线Lm₂未通过的区域A₂，但相较于图1A中阵列排列的磁热材料结构1，区域A₂的面积明显的小于区域A₁，表示磁热材料本体20未受磁场作用的部分变少了，磁热材料本体20的每一部分皆得以更完全的被利用，因而使磁热材料结构2的磁热效果有效地提升，以达到流道22呈交错排列设置的目的。

另外，流道22的排列还可具有与图2A及图2B所示不同的实施形态。此不同实施形态的排列方式仍遵循上述流道22的排列公式L₃ ²≠L₁ ²+L₂ ²，且L₁等于0，也即，以此排列方式排列的流道22并无与此方向平行（或垂直）的相邻流道22中心连线。

在本实施例中，流道22可供工作流体（图未显示）流过，以使磁热材料本体20与工作流体于流道22中进行热能交换。为了使磁热材料结构2于应用时可适用于较严苛的工作环境或状况，工作流体可包含防腐蚀添加物，避免工作流体侵蚀磁热材料本体20及磁热材料容器21；或可包含防冻添加物，以避免工作流体结冻并增加工作温度范围；又，工作流体还可包含减少工作流体与流道壁面间阻力的添加物（减阻剂），以减少两者间的阻力造成的功率损耗。当然，也可同时于工作流体中添加上述添加物的组合。

此外，如图4A至图4F以及图5A至图5C所示，若不论流道22的排列方式，而仅论流道22本身的截面形状，其也可具有多种变化形态，以下举出部分例子说明，然并非用以限制本发明中流道的变化形态。

首先须说明，流道截面形状的设计主要考虑到可降低磁热材料结构的磁阻、或使未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积减少，具体而言，流道截面形状越呈流线形，磁热材料结构的磁阻越小；而磁场通过流道截面形状的一端具有较小的锐角或较大的曲率时，受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较大。此外，若流道截面形状使流道于多个排列时可排列成紧密的结构，还能具有提高磁热材料结构的热交换能力、效率以及结构强度的功效。

图4A至图4F为流道22a、22b、22c、22d、22e、22f的截面形状示意图，此六种变化形态皆为对称且基本的几何结构形态。图4A显示一椭圆形的流道22a截面，其优点在于磁场通过时的磁阻较小，且未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积可较少；图4B显示一三角形的流道22b截面，其优点在于流道22b的排列密度可较高，且三角形具有一锐角，锐角前方未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较少；图4C显示一菱形的流道22c截面，其优点在于流道22c的排列密度可较高，且菱形具有二锐角，二锐角前方未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较少；图4D显示一梯形的流道22d截面，其优点在于流道22d可具有高排列密度；图4E显示一六角形的流道22e截面，其优点在于流道22e可具有高排列密度，并且其结构强度特别高；图4F显示一扇形的流道22f截面，其优点在于流道22f的排列密度可较高，且扇形具有一锐角，锐角前方未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较少。

图5A至图5C为流道22g、22h、22i的截面形状示意图，前两种变化形态为对称且结合前述基本几何结构的形态，图5A显示一液滴形的流道22g截面，其优点在于流道22g的排列密度可较高，且其也具有一锐角，锐角前方未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较少；图5B显示一梭形的流道22h截面，其优点在于流道22h的排列密度可较高，且其具有二锐角，二锐角前方未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较少。第三种变化形态是将上述基本几何结构的形态中的方角改成圆角或弧角的形态，并以矩形为例，图5C中的流道22i截面，其优点在于其圆角附近未受磁场影响的磁热材料本体的区域面积较少。

除了以上变化形态之外，流道的截面形状还可为鸢形、五边形、六边形及六边以上的多边形，或所有以上形状的组合，当然，其也可为不对称的截面形状，不对称形状可为非前述实施例或实施形态中所述的对称形状，例如为非等腰三角形或非等腰梯形等，视其应用时的磁热效果、热传效率与能力及本身的结构强度而定。

另请参考图3A及图3B所示，图3A为本发明第二较佳实施例的一种磁热材料结构3的剖面示意图，图3B为图3A的磁热材料结构3的部分剖面示意图。本实施例结合与图4c相似的元件及与图2A相似的结构，磁热材料结构3同样包括一磁热材料本体30以及多个流道32，磁热材料本体30容置于磁热材料容器31中，且流道32配置于磁热材料本体30内。磁热材料结构3中，各流道32可与第一实施例所述的排列方式相同，流道32的中心依据下列公式排列设置：L₃ ²≠L₁ ²+L₂ ²。其中，L₁为与磁场方向B平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，L₂为与磁场方向B平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最大值，L₃为不与磁场方向B平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，简而言之，流道32可交错排列设置。图3A中显示磁场于磁热材料本体30作用的磁力线Lm₃，其中磁力线Lm₃未通过的区域A₃，其面积小于上述的区域A₁。

各流道32的截面呈非圆形与非矩形形状，并且此非圆形与非矩形的截面形状可呈对称形状或呈不对称形状，其截面形状的变化形态请参考上段所述及图4A至图4F、图5A至图5C所示，故于此不再重复。另值得一提的是，本实施例中，流道32的截面形状以三角形为例，原三角形与旋转180度后的倒三角形呈紧密排列，任何与前述三角形截面形状类似的特征，以此方式紧密且交错排列时，可同时具有较佳的结构强度、较高的热传导效率与能力、以及较大的受磁场影响的磁热材料本体体积。

此外，同第一实施例所述，本实施例中的磁热材料结构3配合工作流体（图未显示）应用时，工作流体也可包含防腐蚀添加物、防冻添加物、减少工作流体与流道壁面间阻力的添加物、或上述的组合。

综上所述，本发明的磁热材料结构为通过流道的排列方式或是流道的截面形状设计，达到降低磁热材料结构磁阻及/或减少未受磁场影响的磁热材料本体的体积的目的，同时，磁热材料结构的紧密排列还提高了热传导效率及能力，因而让磁热材料结构的效能大幅地提升，并且，特定的流道截面形状还可增进结构强度。此外，当磁热材料结构配合工作流体应用时，工作流体可包含防腐蚀添加物、防冻添加物、及减阻添加物，不仅能使磁热材料结构可应用于较严苛的工作环境或状况，还能进一步降低工作流体于流道流动时造成的功率损耗。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求范围中。

Claims

1.一种磁热材料结构，其特征在于，包括：

一磁热材料本体；以及

多个流道，配置于该磁热材料本体内，各流道于截面具有一中心，所述流道的所述中心依据下列公式排列设置：

L₃ ²≠L₁ ²+L₂ ²

其中，L₁为与一方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值，L₂为与该方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最大值，L₃为不与该方向平行或垂直的相邻流道的中心连线长度的最小值。

2.如权利要求1所述的磁热材料结构，其特征在于，该方向为通过该磁热材料本体的磁场方向。

3.如权利要求1所述的磁热材料结构，其特征在于，该中心为几何中心或重心。

4.如权利要求1所述的磁热材料结构，其特征在于，所述流道呈交错排列设置。

5.如权利要求1所述的磁热材料结构，其特征在于，该流道内流通一工作流体。

6.如权利要求5所述的磁热材料结构，其特征在于，该工作流体包含防腐蚀添加物、防冻添加物、减少工作流体与流道壁面间阻力的添加物、或其组合。

7.如权利要求1所述的磁热材料结构，其特征在于，L₁等于0。

8.一种磁热材料结构，其特征在于，包括：

一磁热材料本体；以及

多个流道，配置于该磁热材料本体内，各流道的截面呈非圆形与非矩形的形状，且呈对称形状或呈不对称形状。

9.如权利要求8所述的磁热材料结构，其特征在于，该对称形状为三角形、菱形、鸢形、梯形、五边形、六边形、六边以上的多边形、椭圆形、液滴形、梭形、扇形、或以上形状的组合。

10.如权利要求8所述的磁热材料结构，其特征在于，该非圆形与非矩形的截面形状的转角为圆角、弧角、或其组合。

11.如权利要求8所述的磁热材料结构，其特征在于，所述流道交错排列设置。

12.如权利要求8所述的磁热材料结构，其特征在于，该非圆形与非矩形的截面形状具有一锐角。

13.如权利要求8所述的磁热材料结构，其特征在于，该流道内流通一工作流体。

14.如权利要求13所述的磁热材料结构，其特征在于，该工作流体包含防腐蚀添加物、防冻添加物、减少工作流体与流道壁面间阻力的添加物、或其组合。