本发明专利技术涉及一种由热磁材料颗粒构成的堆积换热器床，该热磁材料颗粒平均直径为50μm-1mm并导致堆积床中孔隙率为30-45％，涉及一种由热磁材料单块构成的换热器床，该热磁材料单块包含通道，其中各通道的横截面积为0.001-0.2mm2且壁厚为50-300μm，孔隙率为10-60％，表面积与体积之比为3000-50000m2/m3，或包含多个平行的板，其中板厚为0.1-2mm，板间距为0.05-1mm。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由热磁材料构成的换热器床本专利技术涉及由热磁材料颗粒构成或由热磁材料单块构成的堆积换热器床，其生产方法以及其在冰箱、空调装置、热泵中或在通过直接转化热量的发电中的用途。热磁材料也称作磁热材料，可用于制冷，例如用于冰箱或空调装置、热泵或用于由热量直接发电而无需转化为机械能的中间连接。这类材料原则上是已知的且例如描述于WO2004/068512。磁冷却技术基于磁热效应(MCE)，且可替代已知的蒸气循环冷却方法。在呈现磁热效应的材料中，无规排列的磁矩受到外部磁场作用产生排列导致材料发热。该热量可通过传热而由MCE材料移除到周围气氛中。当随后将磁场关闭或除去时，磁矩又回复到无规排列，这导致材料冷却至低于环境温度。该效应可被用于冷却目的；参见Nature，第415卷，2002年1月10日，第150-152页。通常将传热介质，如水用于从磁热材料中移除热量。用于磁热发电机的材料同样基于磁热效应。在呈现磁热效应的材料中，无规排列的磁矩受到外部磁场作用产生排列导致材料发热。该热量可通过传热而由MCE材料移除到周围气氛中。当随后将磁场关闭或除去时，磁矩又回复到无规排列，这导致材料冷却至低于环境温度。该效应首先可被用于冷却目的；其次可被用于将热量转化为电能。磁热产生电能与磁加热和冷却相关。在该概念首次出现时，能量产生的方法被描述为热磁能量产生。与Peltier或Seebeck类型的装置相比，这些磁热装置可具有显著更高的能量效率。对这种物理现象的研究开始于19世纪晚期，当时两位科学家Tesla和Edison申请了关于热磁发电机的专利。就热磁或磁热应用而言，材料应允许有效热交换，以能够获得高的效率。在制冷过程以及在发电过程中，均将热磁材料用于换热器中。本专利技术目的为提供由适用于换热器，特别是适用于制冷或发电的热磁成型体构成的换热器床。这些成型体应允许高的传热，具有对换热介质的低流动阻力且具有高度磁热密度。根据本专利技术，该目的通过由热磁材料颗粒构成的堆积换热器床实现，所述热磁材料颗粒平均直径为50μm-1mm并导致堆积床中孔隙率为30-45％。孔隙率被定义为在换热器床中空间(间隙)的体积比例。换热器床可通过以下方法生产：其中将热磁材料粉末成型以形成热磁材料颗粒，随后将材料颗粒堆积以形成换热器床。该目的另外通过由热磁材料单块构成的换热器床实现，该热磁材料单块具有连续的通道，其中各通道的横截面积为0.001-0.2mm2且壁厚为50-300μm，孔隙率为10-60％，表面积与体积之比为3000-50000m2/m3。或者，热磁材料单块可包含或由多个平行的板形成，其中板厚为0.1-2mm，优选0.5-1mm，板间距(间隙)为0.05-1mm，优选0.05-0.2mm。板的数目例如可为5-100，优选10-50。换热器床例如通过将热磁材料挤出、注塑或模塑形成单块而生产。另外，该目的通过将如上所定义的换热器床用于冰箱、空调装置、热泵中或用于通过直接转化热量的发电中而实现。根据本专利技术，已发现由热磁材料颗粒构成的堆积换热器床是高效的材料几何形状，其在热磁材料颗粒的平均直径为50μm-1mm且堆积床中孔隙率为30-45％时，使换热器床操作最佳。各材料颗粒可具有任何所需形式。材料颗粒优选呈球形、丸形、片形或圆柱形。材料颗粒更优选呈球形。材料颗粒，特别是球的直径为50μm-1mm，更优选200-400μm。材料颗粒，特别是球可具有粒度分布。粒度分布优选是窄的，以使存在占主导优势的一个尺寸的球。直径优选与平均直径相差不超过20％，更优选不超过10％，特别是不超过5％。在堆积床中，这导致孔隙率为30-45％，更优选36-40％。作为堆积换热器床的材料颗粒，特别是具有上述尺寸的球产生高的固体和液体(换热器液体)之间的传热系数，其中压降低。这允许换热器床的性能系数(COP)改进。高的传热系数允许堆积床在比常规较高的频率下操作，并因此允许较大的能量提取。单独的热磁材料可存在于堆积换热器床中，但是也可组合一系列具有不同居里温度的的不同磁热材料。这使得在单个换热器床中实现整体上大的温度变化。根据本专利技术，优选将居里温度最大差为1-10℃，更优选2-6℃的热磁材料组合。就特定操作条件而言，堆积换热器床的性能可通过使用具有不同直径的材料颗粒，特别是球而优化。较低直径，特别是球直径导致较高的传热系数并因此允许较好的热交换。然而，这与经过换热器床的较高压降相关。反之，较大材料颗粒，特别是球的使用导致较慢的传热，但导致较低的压降。由热磁材料颗粒构成的堆积换热器床可以任何合适的方式生产。热磁材料颗粒例如首先通过将热电材料粉末成型以形成热磁材料颗粒而生产。随后，将材料颗粒堆积以形成换热器床。这可通过将材料颗粒注入合适容器中而进行，在该情况下床的沉降可通过震荡而改进。也可在液体中漂浮并随后使材料颗粒沉降。另外可使各材料颗粒以受控的方式沉降，以形成均匀结构。在该情况下，例如可获得球的紧密的立方堆积。堆积换热器床的抗移动性可通过任何合适的方式获得。例如可将其中存在堆积换热器床的容器在所有侧都闭合。这例如可使用网笼进行。此外，例如可通过使材料颗粒在堆积床中表面熔融或通过将材料颗粒在堆积床中相互烧结而将各材料颗粒相互连接。应进行表面熔融或烧结，以使材料颗粒之间的间隙非常充分地保留。由呈片、圆柱、丸或球状或相似形状的热磁材料颗粒形成堆积换热器床是有利的，因为随之获得了大的表面积与质量之比。这实现了改进的传热速度以及较低的压降。换热器床的第二个有利实施方案为具有连续通道的热磁材料单块。单块可被认为是热磁材料块，在该情况下热磁材料块的两个相反的端部侧具有用于液体的进口和出口，其通过经过整个单块的通道连接。相应单块例如可源于其中热磁材料的各个管相互连接的管束。通道优选相互平行且通常以直线穿过单块。当有特定使用要求时，也可提供弯曲的通道轮廓。相应的单块形式例如由汽车废气催化剂已知。因此，热磁材料单块例如可具有细胞形式，在该情况下，各细胞可具有任何所需的几何形状。例如，通道可具有如蜂窝情况下的六角形横截面，或矩形横截面。根据本专利技术，星型横截面、圆形横截面、椭圆形横截面或其它横截面也是可行的，其条件是遵守以下条件：-各通道的横截面积为0.001-0.2mm2，更优选0.01-0.03mm2，特别是0.015-0.025mm2-壁厚为50-300μm，更优选50-150μm，特别是85-115μm-孔隙率为10-60％，更优选15-35％，特别是20-30％-表面积与体积之比为3000-50000m2/m3，更优选5000-15000m2/m3。各通道例如可具有矩形横截面，其中横截面尺寸为50μm×25μm至600μm×300μm，特别是约200μm×100μm。壁厚可特别优选为约100μm。孔隙率可更优选为约25％。因此，孔隙率通常明显低于堆积的球床的孔隙率。这允许将更多的磁热材料引入给定体积的磁场。这导致在提供磁场的相同花费下更大的热效应。成型体具有连续通道。这允许液体载热介质流经，如水、水/醇混合物、水/盐混合物或气体如空气或稀有气体。优选使用水或水/醇混合物，在该情况下醇可为一元醇或多元醇。醇例如可为二元醇。单块例如可由在层中具有薄的平行通道的磁热材料层形成。非常大的表面积与体积之比允许本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.10 EP 09167550.41.一种由热磁材料颗粒构成的堆积换热器床，所述热磁材料颗粒平均直径为50μm-400μm并导致堆积床中孔隙率为36-40％，其中所述由热磁材料颗粒构成的堆积换热器床如下生产：使热磁材料的粉末成型以形成热磁材料颗粒，随后将材料颗粒堆积以形成换热器床，其中使各材料颗粒以受控的方式沉降。2.根据权利要求1的换热器床，其中将材料颗粒堆积以形成换热器床通过将材料颗粒注入合适容器中而进行。3.根据权利要求2的换热器床，其中床的沉降通过震荡而改进。4.根据权利要求1的换热器床，其中所述材料颗粒的直径偏离平均直径不超过20％。5.根据权利要求1的换热器床，其中所述材料颗粒呈球形、丸形、片形或圆柱形。6.根据权利要求1的换热器床，其中所述材料颗粒具有球形。7.根据权利要求1-6中任一项的换热器床，其中所述热磁材料选自如下化合物：(1)通式(I)的化合物：(AyB1-y)2+δCwDxEz(I)，其中A为Mn或Co，B为Fe、Cr或Ni，C、D和E中至少两个是不同的，具有非零含量且选自P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As和Sb，其中C、D和E中至少一个为Ge或Si，δ为-0.1至0.1的数，w、x、y、z为0-1的数，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为0.7-0.95的数，y为0-3的数；La(FexAlyCoz)13或La(FexSiyCoz)13(III)，其中x为0.7-0.95的数，y为0.05至1-x的数，z为0.005-0.5的数；LaMnxFe2-xGe(IV)，其中x为1.7-1.95的数；(3)MnTP类型的哈斯勒合金，其中T为过渡金属，P为每个原子电子计数e/a为7-8.5的p型掺杂金属；(4)通式(V)的基于Gd...
【专利技术属性】
技术研发人员：CP·卡罗尔，B·里辛克，G·德根，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：
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