專利名稱：磁熱交換單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁熱交換單元，特別涉及關(guān)于一種具有創(chuàng)新流道結(jié)構(gòu)的磁熱交換單元。
背景技術(shù)：
磁致冷被視為具有高效率、對(duì)環(huán)境友善的冷卻技術(shù)。磁致冷技術(shù)主要是利用磁熱材料(Magnetocaloric material, MCM)的磁卡效應(yīng)(Magnetocaloric Effect)實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)。詳而言之，磁致冷借由下列步驟加以實(shí)現(xiàn)(I)施加一磁場(chǎng)至磁熱材料，并施加外部磁通量以加熱磁熱材料；(2)當(dāng)磁場(chǎng)維持一定時(shí),施加一冷卻劑以帶離磁熱材料所產(chǎn)生的熱；(3) —旦磁熱材料溫度大幅降低后，移除或大幅減低磁場(chǎng)，并停止冷卻劑的供應(yīng)；以及(4)受磁熱材料具有磁卡效應(yīng)的特性所致，磁熱材料進(jìn)一步冷卻至更低的溫度，并借由一工作流體帶走磁熱材料所產(chǎn)生的冷能。日本專利公開(kāi)號(hào)JP 2009524796揭露一種磁熱交換單元。此磁熱交換單元具有一殼體以及多個(gè)設(shè)置于該殼體當(dāng)中的磁熱材料。磁熱材料以隔板的形式連結(jié)，使多個(gè)流道形成于其間。當(dāng)該磁熱交換單元運(yùn)作時(shí)，一熱傳導(dǎo)媒介流過(guò)該些流道以交換磁熱材料所產(chǎn)生的熱。世界專利公開(kāi)號(hào)WO 2009024412則揭露利用一種弧形的磁熱座作為磁熱交換單元，其中多個(gè)鰭狀板設(shè)置于該磁熱座上，以形成多個(gè)定義于相鄰二個(gè)鰭狀板之間的流道。熱交換劑送入該流道并流動(dòng)于其中，并與磁熱座產(chǎn)生的熱進(jìn)行熱交換。然而，在上述專利中，沿著熱交換劑流動(dòng)的方向上，熱交換劑與磁熱材料間的溫度差異將逐漸降低，導(dǎo)致熱交換效率降低。另外，由于設(shè)置于流道出口的磁熱材料無(wú)法進(jìn)行較好的冷卻循環(huán)，造成磁熱材料的浪費(fèi)。如此將大幅增加成本，并阻礙產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)考量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述磁熱材料的缺點(diǎn)，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)影響磁致冷卻效率的一個(gè)重要因素即在于磁熱材料與熱傳導(dǎo)媒介之間的熱交換效率。有鑒于此，本發(fā)明提出一個(gè)創(chuàng)新的流道設(shè)計(jì)，使磁熱交換單元的熱交換效率可以有效維持，并且提升磁熱材料與熱傳導(dǎo)媒介之間的熱交換效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種磁熱交換單元，包括磁熱材料以及至少一流道。流道形成于磁熱材料當(dāng)中，且流道具有一流體入口以及一流體出口。主要流動(dòng)方向定義于流道入口以及流體出口之間，且流道的截面積在該主要流動(dòng)方向上具有改變。本發(fā)明的另一目的在于提供一種磁熱交換單元包括一殼體、至少一熱交換元件以及至少一流道。熱交換元件包括磁熱材料并設(shè)置于殼體當(dāng)中。流道由殼體以及熱交換元件所定義，且流道具有一流體入口以及一流體出口。主要流動(dòng)方向定義于流體入口以及流體出口之間，且流道的截面積在該要主要流動(dòng)方向具有改變。
本發(fā)明提出的流道其設(shè)計(jì)獨(dú)特之處在于流道由磁熱材料所構(gòu)成，且流道的截面積可依據(jù)不同的磁熱材料的熱交換能力或者磁熱材料與熱傳導(dǎo)媒介之間不同的熱交換效率進(jìn)行調(diào)整，借此最佳化磁熱材料的選擇。又，借由減少磁熱材料的使用，磁熱交換單元的生產(chǎn)成本可進(jìn)一步降低。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例并配合附圖做詳細(xì)說(shuō)明。


圖1顯示本發(fā)明的較佳實(shí)施例的一磁熱交換單元的示意圖；圖2顯示沿圖1的線段1-1所視的剖面圖；圖3顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例的磁熱交換單元的剖面圖；圖4顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例的磁熱交換單元的剖面圖；圖5A顯示沿圖4的線段2-2所視的剖面圖；圖5B顯示沿圖4的線段3-3所視的剖面圖；圖5C顯示沿圖4的線段4-4所視的剖面圖；圖6顯示本發(fā)明的又一實(shí)施例的磁熱交換單元的剖面圖；圖7A顯示沿圖6的線段5-5所視的剖面圖；圖7B顯示沿圖6的線段6-6所視的剖面圖；圖7C顯示沿圖6的線段7-7所視的剖面圖；圖8A顯示本發(fā)明的又一實(shí)施例的磁熱交換單元的剖面圖；圖8B顯示圖8A中區(qū)域72的放大剖面圖；圖9顯示本發(fā)明的又一實(shí)施例的磁熱交換單元的剖面圖；圖10-圖17顯示本發(fā)明的磁熱交換單元可能的實(shí)施型態(tài)的剖面圖；圖18顯示本發(fā)明的又一實(shí)施例的磁熱交換單元的剖面圖；以及圖19-圖24顯示本發(fā)明的殼體可能的實(shí)施型態(tài)的剖面圖。其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下10 磁熱交換單元；12 開(kāi)口(流體入口)；14 開(kāi)口(流體出口)；16 磁熱材料；18 流道；22 磁熱交換單元；24 流道；26 磁熱材料；27 第一部分；28 第二部分；29 第三部分；30 磁熱交換單元；32、34、36 磁熱材料；
38、40 絕緣件；42 流道；44 磁熱交換單元；46、48、50 磁熱材料；52、54 絕緣件；56 流道；60 磁熱交換單元；62 殼體；64 開(kāi)口(流體入口)；66 開(kāi)口(流體出口)；68 熱交換元件；70 流道；72 區(qū)域；75、83 阻隔層；76、82 凹陷；78、81 突出；84 熱交換元件；90 磁熱交換單元；92 殼體；94 流道；Dm 主要流動(dòng)方向；P1、P2 平面；Rl-Rll 半徑；T 厚度。。
具體實(shí)施例方式茲配合圖式說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。在以下說(shuō)明中“截面積”表示流道在一橫向切線通通過(guò)的截面上所具有的面積，其中橫向切線實(shí)質(zhì)垂直于一主要流動(dòng)方向。并且，在以下說(shuō)明中“主要流動(dòng)方向”表示熱傳導(dǎo)媒介流經(jīng)流道的主要方向。請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖2，其描述本發(fā)明的磁熱交換單元10的一實(shí)施例。磁熱交換單元10包括二個(gè)開(kāi)口 12、14、磁熱材料16以及流道18。流道18形成在磁熱材料16當(dāng)中，二個(gè)開(kāi)口 12、14連結(jié)流道18的兩端，并且二個(gè)開(kāi)口形成于磁熱材料16的側(cè)壁面上，以接收來(lái)自周邊設(shè)備(未圖示于圖1、圖2)的熱傳導(dǎo)媒介(未圖示于圖1、圖2)或提供熱傳導(dǎo)媒介至周邊設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，熱傳導(dǎo)媒介自開(kāi)口(流體入口)12流經(jīng)磁熱材料16至開(kāi)口(流體出口)14。換言之，流體沿著流道18在主要流動(dòng)方向Dm上流經(jīng)磁熱交換單元10。詳而言之，本實(shí)施例的二個(gè)開(kāi)口可分別視為流體入口(開(kāi)口 12)以及流體出口(開(kāi)口 14)供熱傳導(dǎo)媒介流過(guò)，且熱傳導(dǎo)媒介的主要流動(dòng)方向Dm借由二個(gè)開(kāi)口 12、14所定義。值得注意的是，熱傳導(dǎo)媒介的主要流動(dòng)方向Dm不應(yīng)被限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可理解熱傳導(dǎo)媒介可實(shí)質(zhì)上沿著主要流動(dòng)方向Dm、或沿著接近或相反主要流動(dòng)方向Dm的方向上流動(dòng)。另夕卜，由二個(gè)開(kāi)口 12、14所定義的主要流動(dòng)方向Dm并不限制于平行于磁熱材料16的對(duì)稱軸。如圖1所示，二個(gè)開(kāi)口 12、14與磁熱材料16的對(duì)稱軸偏心，且位于對(duì)稱軸的相反兩側(cè)，于是主要流動(dòng)方向Dm傾斜于對(duì)稱軸。又，形成開(kāi)口 12、14的二個(gè)平面P1、P2可相較于磁熱材料16的底面以相同或不同的角度傾斜。本發(fā)明的上述實(shí)施例或后續(xù)所述的實(shí)施例的磁熱材料可為，舉例而言，但不予以限制，F(xiàn)eRh 合金,Gd5Si2Ge2 合金,Gd5(Si1^xGex)4 合金,RCo2 合金,La (Fe13^Six)合金,MnAs1^xSbx 合金,MnFe (P, As)合金，MnFe (P, Si)合金，Co (S1^xSex) 2 合金，NiMnSn 合金,MnCoGeB合金,R1^xMxMnO3合金，其中R=鑭化 物(lanthanide) , M=隹丐、銀以及鋇,等材料。磁熱材料16可依照末端產(chǎn)品需求或經(jīng)濟(jì)考量自至少一上述的熱磁材料所組成的族群中的材料所構(gòu)成。在此實(shí)施例中，流道18具有一逐漸變窄的形狀，且流道18形成在磁熱材料16當(dāng)中。更精確而言，流道18在開(kāi)口(流體入口)12具有一起始半徑Rl，且流道18在開(kāi)口(流體出口)14具有一終端半徑R2，其中流道18沿磁熱交換單元10的軸線配置。在此實(shí)施例中，軸線實(shí)質(zhì)平行于主要流動(dòng)方向Dm。于是，流道18的截面積沿著主要流動(dòng)方向Dm逐漸增加。另一方面，由于流道18的形態(tài)所致，磁熱材料16在接近開(kāi)口(流體出口)14的一端的材料用量較磁熱材料16在接近口(流體入口)12的一端的材料用量來(lái)的少。磁熱交換單元10的優(yōu)點(diǎn)說(shuō)明如下磁熱材料在施加外部磁場(chǎng)(亦即磁通量)之后溫度提升，沿著主要流動(dòng)方向Dm所提供的熱傳導(dǎo)媒介開(kāi)始對(duì)磁熱材料16進(jìn)行熱交換。然而，隨著熱傳導(dǎo)媒介在主要流動(dòng)方向Dm的流動(dòng)，熱傳導(dǎo)媒介與磁熱材料16之間的溫度差將逐漸減少，致使熱交換效率降低。于是，流道18接近開(kāi)口(流體出口)14的區(qū)域中具有半徑R2，表示具有較大的截面積，以維持熱交換效率。另外，磁熱材料16在接近開(kāi)口(流體出口)14的一端的材料用量較磁熱材料16在接近開(kāi)口(流體入口)12的一端的材料用量來(lái)的少的結(jié)構(gòu)特征有效減少生產(chǎn)成本，其中二個(gè)開(kāi)口 12、14之間擁有較小的溫度差或較小的溫度梯度差。請(qǐng)參照?qǐng)D3，其顯示本發(fā)明的磁熱交換單元22的另一型態(tài)。磁熱交換單元22與圖1、圖2所示的實(shí)施例具有多處相似,磁熱交換單元22包括磁熱材料26以及流道24。磁熱材料26包括一第一部分27、一第二部分28以及一第三部分29，其中第二部分28連結(jié)于第一部分27與第三部分29之間。流道14形成于磁熱材料26當(dāng)中，且流道24由第一部分27、第二部分28以及第三部分29所定義。第一部分27、第二部分28以及第三部分29的截面積呈階梯式改變。流道24沿磁熱交換單元22的軸線配置，其中軸線實(shí)質(zhì)平行于主要流動(dòng)方向Dm，并且熱傳導(dǎo)媒介(未顯示于圖3)沿主要流動(dòng)方向Dm流經(jīng)流道24。流道24相對(duì)于第一部分27、第二部分28以及第三部分29分別具有半徑R3、R4、R5。半徑R5大于半徑R4，且半徑R4大于半徑R3。易言之，流道24相對(duì)于第三部分29的截面積較流道在第二部分28的截面積來(lái)的大。由于流道24的型態(tài)配置，磁熱交換單元22與圖1、圖2所示的磁熱交換單元10具有相似的功效。請(qǐng)參照?qǐng)D4以及圖5A-圖5C，其顯示本發(fā)明的磁熱交換單元30的另一型態(tài)，其中圖5A-圖5C分別顯示沿截線2-2、3-3、4-4所視的剖面圖。磁熱交換單元30與圖1-圖3所示的實(shí)施例具有多處相似，磁熱交換單元30包括三個(gè)彼此串接磁熱材料32、34、36、二個(gè)絕緣件38、40以及多個(gè)流道42。在此實(shí)施例中，磁熱交換單元30具有四個(gè)流道42，如圖5A-圖5C所示。每一磁熱材料32、34、36具有不同的居里溫度(磁熱材料的一種材料特性),且磁熱材料34連結(jié)于磁熱材料34以及磁熱材料36之間。絕緣件38設(shè)置于磁熱材料32、34之間，且絕緣件40設(shè)置于磁熱材料34、36之間。部分絕緣件38、40暴露于流道42當(dāng)中，絕緣件38,40配置用于阻斷磁熱材料32、34、36之間流通的熱能。值得注意的是,絕緣件38、40也可為電絕緣體。在此實(shí)施例中，流道42設(shè)置于磁熱交換單元30之內(nèi)，并兩兩之間在橫向及縱向上間隔排列。具體而言，流道42設(shè)置于磁熱材料32、34、36以及絕緣件38、40所構(gòu)成的空間當(dāng)中。每一流道42具有逐漸變窄的形狀，且流道42在主要流動(dòng)方向Dm上逐漸變大。熱傳導(dǎo)媒介(未圖示于圖4)沿主要流動(dòng)方向Dm流經(jīng)每一流道42，如同上述其他實(shí)施例所揭示。舉例而言，如圖5A-圖5C所示，在截線2-2上，位于磁熱材料32內(nèi)的流道42具有半徑R6 ；在截線3-3上，位于磁熱材料34內(nèi)的流道42具有半徑R7在截線4_4上，位于磁熱材料36內(nèi)的流道42具有半徑R8，其中半徑R6、R7、R8分別表示每一區(qū)段中流道的平均半徑，且半徑R6大于半徑R7，半徑R7大于半徑R8。由于上述的排列配置，流道42內(nèi)的熱交換效率得以維持。舉例而言，但本發(fā)明并不限制于此例子，磁熱材料32在三個(gè)磁熱材料32、34、36當(dāng)中具有最低的居里溫度，所以在施加一特定時(shí)間的磁場(chǎng)后磁熱材料32具有最大的溫度提升量。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，針對(duì)三個(gè)磁熱材料32、34、36進(jìn)行比較，在施加該特定時(shí)間的磁場(chǎng)后磁熱材料34具有介于中間值的溫度提升強(qiáng)度，且在施加該特定時(shí)間的磁場(chǎng)后磁熱材料36具有最低的溫度提升量。由于磁熱材料與熱傳導(dǎo)媒介之間的溫度差或溫度梯度差持續(xù)維持，使熱交換效率得以維持。另一方面，借由設(shè)置于磁熱材料32、34、36之間的絕緣件38、40，大部分磁熱材料32、34、36所產(chǎn)生的熱將跨越流道42，借此加強(qiáng)熱傳導(dǎo)效率。又，雖然磁熱材料32、34、36之間具有不同的居里溫度，但磁熱材料32、34、36可由相同或不同的材料所組成。請(qǐng)參照?qǐng)D6以及圖7A-圖7C，其顯示本發(fā)明的磁熱交換單元44的另一型態(tài)，其中圖7A-圖7C分別顯示沿截線5-5、6-6、7-7所視的剖面圖。磁熱交換單元44與圖1-圖4以及圖5A-圖5C所示的實(shí)施例具有多處相似，磁熱交換單元44包括三個(gè)磁熱材料46、48、50、二個(gè)絕緣件52、54以及多個(gè)流道56。在此實(shí)施例中，磁熱交換單元44具有四個(gè)流道56，如圖7A-圖7C所示。每一磁熱材料46、48、50以不同材料所組成，磁熱材料48連結(jié)于磁熱材料46以及磁熱材料50之間。絕緣件52設(shè)置于磁熱材料46與磁熱材料48之間，且絕緣件54設(shè)置于磁熱材料48與磁熱材料50之間。部分絕緣件52、54暴露于流道56當(dāng)中，絕緣件52、54配置用于阻斷磁熱材料46、48、50之間流通的熱能。值得注意的是，絕緣件52、54也可為電絕緣體。流道56設(shè)置于磁熱交換單元44之內(nèi)，并兩兩之間在橫向及縱向上間隔排列。具體而言，流道56設(shè)置于磁熱材料46、48、50以及絕緣件52、54所構(gòu)成的空間當(dāng)中。在每一磁熱材料46、48、50當(dāng)中的流道56具有不同的截面積。具體而言，如圖7A-圖7C所示，在截線5-5上，位于磁熱材料46內(nèi)的流道56具有半徑R9 ;在截線6_6上，位于磁熱材料48內(nèi)的流道56具有半徑RlO ;在截線7-7上，位于磁熱材料50內(nèi)的流道56具有半徑RlI，其中半徑RlO大于半徑R9，半徑R9大于半徑RlI。由于流道56的型態(tài)配置，磁熱交換單元44與圖4以及圖5A-圖5C所示的磁熱交換單元30具有相似的功效。值得注意的是，雖然磁熱材料46、48、50可由不同材料所組成，但磁熱材料46、48、50展現(xiàn)相同的居里溫度或不同的居里溫度。請(qǐng)參照?qǐng)D8A-圖8B，其顯示本發(fā)明的磁熱交換單元60的另一型態(tài)，其中圖8B顯示圖8A中區(qū)域72的放大剖面圖。磁熱交換單兀60包括一殼體62、多個(gè)磁熱交換兀件68以及一流道70。殼體62實(shí)質(zhì)上為一兩端挖空的結(jié)構(gòu),且殼體62具有一圓形的側(cè)壁,該側(cè)壁具有厚度T。在此實(shí)施例中，在磁熱交換單元60的軸線上，厚度T維持一定值，且殼體62包括一磁熱材料，但并不予以限制。熱傳導(dǎo)媒介的主要流動(dòng)方向Dm大致平行于磁熱交換單元60的軸線。如圖8B所示，多個(gè)突出78以及凹陷76形成于殼體62的部分內(nèi)表面上。在一實(shí)施例中，一阻隔層75形成于殼體62的部分內(nèi)表面上。在一實(shí)施例中，多個(gè)突出78以及凹陷76形成于殼體62的部分內(nèi)表面上，且一阻隔層75進(jìn)一步形成于部分突出78以及凹陷76上。在一實(shí)施例中，阻隔層75借由內(nèi)襯(lining)、表面涂層(coating)或涂布(painting)的方式形成，以避免侵蝕發(fā)生。應(yīng)當(dāng)理解的是，在此實(shí)施例中的“殼體”以及在圖1-圖8的實(shí)施例中的“磁熱材料”實(shí)質(zhì)上描述相同的元件，若殼體的至少一部分由磁熱材料所制成。然而，為了強(qiáng)調(diào)殼體可由普通材料所制成,才將磁熱材料改稱為殼體。熱交換元件68包括磁熱材料且設(shè)置于殼體62當(dāng)中，其中熱交換元件68可與熱傳導(dǎo)媒介進(jìn)行熱交換。多個(gè)支撐件(未圖示于圖8A-圖SB)設(shè)置于熱交換元件68與殼體62的內(nèi)側(cè)壁面之間，以固定熱交換元件68于流道70當(dāng)中。如圖8B所示,熱交換元件68包括至少一突出81以及/或者一凹陷82。另外，熱交換元件68更包括一阻隔層83，阻隔層83覆蓋于部分熱交換元件68上。在一實(shí)施例中，熱交換元件68包括多個(gè)突出81及多個(gè)凹陷82，多個(gè)突出81及多個(gè)凹陷82形成于部分熱交換元件68上，阻隔層83進(jìn)一步形成于部分突出81及凹陷82上。在一實(shí)施例中，阻隔層83借由內(nèi)襯(lining)、表面涂層(coating)或涂布(painting)的方式形成，以避免侵蝕發(fā)生。值得注意的是，在此實(shí)施例中，若定義截面積的截線位于包括一個(gè)或多個(gè)熱交換元件所設(shè)置的截面上時(shí)，截面積為殼體的截面積與一個(gè)或多個(gè)熱交換元件的截面積之間的差值。磁熱交換單元60的優(yōu)點(diǎn)說(shuō)明如下，在熱交換元件68因外加磁場(chǎng)(磁通量)而升溫時(shí)，沿著主要流動(dòng)方向Dm所提供的熱傳導(dǎo)媒介(未圖示于第圖8A-圖SB)開(kāi)始與熱交換元件68進(jìn)行熱交換。然而，隨著熱傳導(dǎo)媒介與熱交換元件68之間的溫度差的減少，熱交換速率沿著主要流動(dòng)方向Dm降低。有鑒于此，設(shè)置于殼體62 (或是流道70)靠近流體出口 66的區(qū)域內(nèi)的熱交換元件68的數(shù)量是大于設(shè)置于殼體62 (或是流道70)靠近流體入口 64的區(qū)域內(nèi)的熱交換元件68的數(shù)量。雖然此實(shí)施例中在主要流動(dòng)方向Dm上截面積實(shí)質(zhì)地縮減，但熱交換元件68與熱傳導(dǎo)媒介之間的接觸面積是增加的。于是，熱交換效率得以在主要流動(dòng)方向Dm上維持。另一個(gè)維持熱交換效率于一定值的因素即在于形成在熱交換兀件68周圍以及殼體62內(nèi)壁面表面上的突出78、81以及凹陷76、82，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)有效地增加接觸面積。應(yīng)注意的是，雖然在圖8A所示的熱交換元件68整齊排列，但并非本發(fā)明的主要特征，設(shè)計(jì)者可增加熱交換元件68在流道70中的數(shù)量且以隨機(jī)的型態(tài)排列。另外，熱交換元件的形狀也不應(yīng)限制于如圖8A所示的圓形，設(shè)計(jì)者可依照特定末端應(yīng)用的狀況，而采用任何可能的形狀以產(chǎn)生期望的接觸面積。舉例而言，請(qǐng)參照?qǐng)D9，其顯示本發(fā)明的磁熱交換單元80的另一型態(tài)。在圖9中，與圖8A相同的元件將施予相同的編號(hào)且其特征將不再說(shuō)明。圖8A的磁熱交換單元60與磁熱交換單元80相異處在于熱交換元件的形狀。在此實(shí)施例中，每一顯示于圖9中的熱交換元件84皆為沿主要流動(dòng)方向Dm延伸的一棒狀或者一長(zhǎng)方體。圖10-圖17顯示磁熱交換單元其他可能的實(shí)施型態(tài)，其中圖10-圖17分別顯示熱交換元件在磁熱交換單元的軸線上所視的剖面形狀，其中熱交換元件的剖面形狀為三角形、長(zhǎng)方形、多邊形、圓形、橢圓形、水滴形、梭形或上述形狀的組合。相似的，殼體的形狀也不應(yīng)限制于圖8A所顯示的幾何形狀，設(shè)計(jì)者可依照特定末端應(yīng)用的狀況，而采用任何可能的形狀以產(chǎn)生期望的接觸面積。舉例而言，請(qǐng)參照?qǐng)D18，其顯示本發(fā)明的磁熱交換單元90的另一型態(tài)。在圖18中，與圖8A相同的元件將施予相同的編號(hào)且其特征將不再說(shuō)明。圖8A的磁熱交換單元60與磁熱交換單元90相異處在于殼體的形狀。在此實(shí)施例中，殼體92具有逐漸變窄的形狀，且流道94由殼體92所定義。借由增加接觸面積并且減緩熱傳導(dǎo)媒介的流速，以維持在主要流動(dòng)方向Dm上的熱交換效率。圖19-圖24顯示殼體其他可能的實(shí)施型態(tài)，其中圖19-圖24分別顯示殼體在磁熱交換單元的橫向切線上所示的剖面形狀，其中該橫向切線垂直于主要流動(dòng)方向。殼體的剖面形狀為三角形、長(zhǎng)方形、圓形、環(huán)形、扇形、拱形或上述形狀的組合。如上所述，影響磁致冷卻效率的一個(gè)重要因素即在于磁熱材料與熱傳導(dǎo)媒介之間的熱交換容量或熱交換效率。根據(jù)熱學(xué)原理，熱交換容量或熱交換效率受磁熱材料以及熱傳導(dǎo)媒介的熱特性(例如比熱、熱傳導(dǎo)系數(shù))、磁熱材料之間的溫度梯度差以及磁熱材料與熱傳導(dǎo)媒介之間的溫度差或是接觸面積等因素所影響。另一方面，上述所有實(shí)施例中，流道中可增加一些附加物以加強(qiáng)效能，像是擴(kuò)散劑(dispersant)、抗侵蝕劑、防冷凝劑或是減阻劑。添加擴(kuò)散劑(或是分散劑(dispersingagent)、塑化劑、強(qiáng)塑劑)可增加粒子間的分離以避免雜質(zhì)堆積成塊。擴(kuò)散劑通常由多種介面活性劑所組成，但也可為氣體?？骨治g劑(或是侵蝕抗化劑)是用于防止詞性材料在流體周期性流過(guò)后受到侵蝕或腐蝕。防冷凝劑(或是防凍劑)是用于防止工作流體在冷卻程序中結(jié)凍。減阻劑(或是助流劑(flow improve))是用于降低在管線長(zhǎng)度上摩擦阻力的壓力降，以減少其間由阻力所產(chǎn)生的能量損失。基于上述因素，本發(fā)明致力于提供一磁熱交換單元，其中流道的截面積具有改變。此創(chuàng)新的流道不只有效改善磁熱交換單元當(dāng)中的熱交換容量或熱交換效率的功效，并且可以實(shí)現(xiàn)磁熱材料的使用量。于是，阻礙磁致冷發(fā)展的問(wèn)題可以被解決。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露于上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種磁熱交換單元，其特征在于，包括一磁熱材料；以及至少一流道，形成于該磁熱材料當(dāng)中，且具有一流體入口以及一流體出口以定義一主要流動(dòng)方向，其中該流道的截面積在該主要流動(dòng)方向上具有改變。
2.如權(quán)利要求度。
3.如權(quán)利要求料。
4.如權(quán)利要求之間。
5.如權(quán)利要求一減阻劑于該流道中。
6.一種磁熱交換單元，其特征在于，包括一殼體;至少一熱交換元件，設(shè)置于殼體當(dāng)中，且包括磁熱材料；以及至少一流道，由該殼體以及所述至少一熱交換元件所定義，且具有一流體入口以及一流體出口以定義一主要流動(dòng)方向，其中該流道的截面積在該主要流動(dòng)方向具有改變。
7.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，其中該熱交換元件包括至少二種不同的居里溫度。
8.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，其中該熱交換元件包括至少二種不同的磁熱材料。
9.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，其中該殼體由磁熱材料所制成。
10.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，其中該殼體的剖面形狀為三角形、長(zhǎng)方形、圓形、環(huán)形、扇形、拱形或上述形狀的組合。
11.如權(quán)利要求10所述的磁熱交換單元，其中該殼體具有一軸線，且該熱交換元件于該軸線上的剖面形狀為三角形、長(zhǎng)方形、多邊形、圓形、橢圓形、水滴形、梭形或上述形狀的組合。
12.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，還包括至少一突出或至少一凹陷，至少形成于該殼體的內(nèi)壁面以及該熱交換元件的一者之上。
13.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，還包括至少一絕緣件，設(shè)置于該殼體。
14.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單元，還包括一阻隔層，至少形成于該殼體的內(nèi)壁面以及該熱交換元件的一者之上。
15.如權(quán)利要求6所述的磁熱交換單兀,還包括一擴(kuò)散劑、一抗侵蝕劑、一防冷凝劑或是一減阻劑于該流道中。
全文摘要
一種磁熱交換單元，包括磁熱材料以及至少一流道。流道形成于磁熱材料當(dāng)中，且流道具有一流體入口以及一流體出口。主要流動(dòng)方向定義于流道入口以及流體出口之間，且流道的截面積在該主要流動(dòng)方向上具有改變。本發(fā)明的磁熱交換單元能夠改善磁熱交換單元當(dāng)中的熱交換容量或熱交換效率的功效。
文檔編號(hào)F25B21/00GK102997485SQ20121032733
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者郭鐘榮, 吳調(diào)原, 謝昇汎, 張婕詩(shī) 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司