[发明专利]一种冷却设备以及冷却方法

说明书

一种冷却设备，包括磁热材料(110)、磁化装置(120)、用于施加压力(P)或电压到磁热材料(110)的转换装置(130)、以及用以移动磁热材料(110)的移动装置。当外部磁场(H)发生变化时以及所施加的压力(P)发生变化时，磁热材料(110)改变其温度。移动装置移动所述磁热材料(110)，以使其交替地暴露在变化的外部磁场(H)以及变化的压力(P)中，以在磁热材料(110)内发生周期性的温度变化，其中低温周期的期间可用于冷却。

本发明涉及一种冷却设备和冷却方法，并且更具体地涉及一种基于通过利用热滞后效应的磁热冷却原理的冷却设备。

背景技术

在许多技术领域中，尽可能高效地冷却材料或空间是很重要的。例如，空调机或冰箱消耗大量的能源。因此，我们不断努力改善现有的冷却技术或使用替代冷却概念以实现冷却降温。

这种冷却方法使用所谓的磁热效应(MCE)，该效应基于通过应用磁场以实现材料温度的变化。通常有很多合适的材料。然而，已知磁热的制冷机单元需要非常大规模的磁铁来产生必要的磁场，从而使用了永磁体。出于这个原因，现有的这种类型的制冷单元通常比传统的基于压缩机的系统大或重很多倍。另外，相关的材料成本也不容小觑。因此，磁致冷却对比目前传统的冷却技术不具备竞争力。

在另一方面，磁致冷却方法能够保证高效率，因为较其他系统，在这些系统中，不需要压缩机或其他液压气动系统来实现冷却效果。

图5示出了已知的AMR设备(AMR为主动式磁回热器)的工作原理。磁热材料310(MCE材料)，以环状的方式可旋转地设置在两个磁性单元320之间，当施加磁场时其温度发生改变。这种传统AMR设备中的磁性单元320通常是永磁体，其设计为使磁热材料310暴露在足够强的磁场中，以实现MCE材料310显著的温度变化。

为了有效地运作，将图中5所示的MCE材料310进行旋转。然而，磁体单元320也可以旋转。有两个热交换相：(1)在磁场中散热和(2)无磁场时吸热。当MCE材料310离开磁性单元320，MCE材料310的温度上升并且热量会耗散。为了达到这个目的，例如，可以通过环形MCE材料310泵送交换流体。为了不耗散所获取的磁热效应，在整个泵送过程中需要保持磁场的作用。只有当MCE材料310的温度已适应周围环境温度时，才可移除磁场(或磁性单元320)，这时发生反磁热效应。由于磁热效应引起了磁化加热，该热量可利用交换流体释放到环境中，而反向磁热效应(当磁场关闭时)实现冷却(可用于冷却)。根据系统所处的循环，可以向不同的方向上泵送交换流体。

在传统的磁热聚集体中，通常使用具有较高可逆性的材料。为了提高可逆性并因此将可能产生的冷却损耗降至最低，在这些制冷单元中使用没有或尽可能不具有热滞后的材料。具有这些特性的材料已被不断地精制，包括例如：钆、La(Fe,Si,Co)₁₃、La(Fe,Si,Mn)₁₃H_x或Fe₂P合金。

如上所述，为了尽可能大规模地让强磁场作用于MCE材料310，需要大型永磁体，而必须具备大型永磁体是这些系统的缺点。例如，该磁热材料310的体积的一半暴露于磁场中。因而，相应的冷却机组不仅重，还会相应地耗费巨大的成本。

因此，需要一种不需要大型永磁体并使磁致制冷更经济的替代磁致冷却技术。

发明内容

上述问题通过如权利要求1所述的冷却设备或如权利要求11所述的冷却方法克服。从属权利要求涉及独立权利要求目的的更优的实施例。

本发明涉及一种具有磁热材料的冷却设备，用于形成外部磁场的磁化装置，以及用于施加压力或张力到磁热材料的转换装置。应选择这样的磁热材料：当外部磁场发生变化和施加于其上的压力发生变化时，其温度会发生改变的材料。该冷却设备还包括移动装置，其配置为，使得磁热材料相对于磁化装置和转换装置移动，以使得磁热材料交替地暴露于变化的外部磁场和变化的压力/张力中，以使得磁热材料发生周期性的温度变化。然后温度较低的周期可以用来冷却。