專利名稱：室溫磁制冷材料及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一類制冷工質及其制法，特別是用于室溫磁制冷的超順磁性制冷材料和鐵磁性材料的裝片成型及其制法。
背景技術：
現代社會的發展和生活質量的提高要求有舒適的環境，作為現代科學的血液的制冷技術在近200年逐步發展和成熟，給人類的生活帶來了舒適和享受，也給科學和技術提供了研究和使用平臺。因為人類能源有三分之一消耗在制冷上，因此制冷技術的狀況對人類的生存極為重要。制冷技術主要有液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、吸附制冷、熱電制冷、渦流管制冷、熱聲制冷、脈沖管制冷以及磁制冷等多種形式，但最流行的是液體汽化制冷。液體汽化制冷需要使用氟里昂，它不但破壞大氣層上空的臭氧環境，而且還具有溫室效應，因此制冷直接影響了能源的使用和環境的質量，研究和發展節能環保的新型制冷方式就非常迫切和意義重大。
磁制冷作為一種制冷方式在1926年就在科學上得以確認，它理論上具有最高的循環效率，而且沒有壓縮機，所以就成了物理學家夢寐以求的制冷方式。但后來的研究僅僅在極低溫領域(絕對零度附近)獲得成功，并且早已生產出了氦的磁制冷液化設備。在室溫磁制冷部分則經歷了太多的失敗后長期停滯不前，一直沒有什么進展。和低溫下的磁制冷不同，室溫磁制冷在循環方式、磁制冷工質以及磁場上都有特殊的要求，因此實現起來十分艱難。
1976年，美國宇航局(NASA)的Brown使用釓板加混有水的酒精作蓄冷劑在超導磁場環境下下首先實現了38度的溫差，向人類顯示了室溫磁制冷的可能性。
1982年，美國的Barclay和Clayart提出了主動式磁蓄冷器(AMR)的新概念，為實用化的室溫磁制冷做了理論上的準備。
1990年，美國能源部資助NASA和衣阿華大學Ames實驗室開展基于AMR的室溫磁制冷樣機研究。在室溫磁制冷材料研究上，他們于1997年發現釓硅鍺合金具有超過釓的所謂巨磁熱效應，給主動式磁蓄冷器找到了用武之地。在室溫磁制冷機的研究上，經過近8年的艱苦摸索，1997年人類第一臺能長期高效運轉的往復式室溫磁制冷機宣告問世。其使用的制冷工質是金屬釓球，直徑在0.1mm~0.3mm之間，重量為3公斤，使用的超導磁場為1.5~5特斯拉，循環周期為6秒，運轉了1500小時。在5特斯拉磁場下工作時熱力學完善度達到60％，在1.5特斯拉磁場下工作時則大約為20％。這項工作預示著室溫磁制冷技術走向實用時代的來臨。
室溫磁制冷是制冷的必然發展之路，它必將在不遠的將來取代現行的制冷方式。一切與傳統制冷方式相聯系的空調、冰箱和其他制冷機將完成革命性的轉變。但是，室溫磁制冷要走向市場首先需要解決效率問題、可靠性問題和經濟性問題。隨著室溫磁制冷技術的逐步成熟，全世界的制冷產業將徹底改變現有的產品結構，其市場不可估量。制冷自1997年以來，室溫磁制冷就開始了實用化研究。由于室溫磁制冷要求的競爭對象和參照標準是傳統的蒸汽壓縮式制冷，因此不但要求室溫磁制冷具有價格的優勢，而且也要求有小的體積和高的工作效率。對于這樣的問題，我們認為可以通過提高運行速度、尋找具有大磁熱效應的室溫磁制冷材料和增加磁場強度等方式來解決。因為室溫磁制冷還使用流體與室溫磁制冷材料交換熱量，這就對室溫磁制冷材料的成型提出了要求。
發明內容
1、發明目的本發明的目的是提供一種室溫磁制冷材料及其制造方法，以達到增加室溫磁制冷的制冷量，改善換熱效果，減緩工質的氧化速度提高其使用壽命等目的。
2、技術方案為實現上述目的，本發明所述的一種室溫磁制冷材料，其特征在于它是由材料片單元疊壓而成，材料片單元與材料片單元之間設有凸點，使材料片單元與材料片單元之間形成流體流動的通道。
所述的材料片單元包括上下兩層金屬皮，在金屬皮之間填充有液態導熱劑，該導熱劑中混合有超順磁性或鐵磁性室溫磁制冷工質粉末，上下兩層金屬皮分塊壓死，使金屬皮中間形成一個一個相互不通的小區間。
所述的超順磁性或鐵磁性室溫制冷工質粉末的粒徑尺寸小于0.01毫米。
所述的金屬皮的厚度小于0.05毫米，材料片單元的厚度小于0.1毫米。
所述的凸點為厚度不大于材料片單元厚度的金屬片或在材料片單元之間墊上直徑為0.01-0.1毫米的球形金屬粉。
所述的金屬皮為銅皮。
所述的材料片單元相互疊壓后的片蔟厚度為0.1-100毫米。
所述的室溫磁制冷材料的制造方法，其特征在于將超順磁性或鐵磁性室溫磁制冷工質通過粉碎、球磨、等離子噴涂或機床加工成粒徑小于0.01毫米的粉末；準備好厚度小于0.05毫米的金屬皮；將制冷工質粉末加入到液態導熱劑中，再將含有制冷工質的液態導熱劑密封在兩金屬皮之間，壓緊使之形成厚度小于0.1毫米的材料片單元；將材料片單元中的兩金屬皮分塊壓死，使金屬皮間形成一個一個互不相通的小區間；將材料片單元疊壓成片蔟，在材料片單元之間設有凸點，使材料片單元之間形成有流體流動的通道。所述的金屬皮采用銅皮。所述的材料片單元之間設置的凸點為厚度不大于材料片單元厚度的金屬片或在材料片單元之間墊上粒徑為0.01-0.1毫米的球形金屬粉。材料片單元疊壓形成的片蔟厚度為0.1-100毫米。
室溫磁制冷的基本工作原理是利用磁性材料進出磁場時具有的溫度效應。因為一次凈的溫度效應較小，需要將這樣的溫度效應通過有效的技術手段放大并且積累，所以需要采用所謂的主動式磁蓄冷器來達到目的。在主動式磁蓄冷器中，磁工質在制冷的同時還充當蓄冷器的角色，需要與外界的流體傳熱來調節工質的溫度變化，所以換熱效率和防氧化等問題在選用室溫磁制冷工質時也就顯得非常突出，需要特別加以注意。
3、有益效果本發明與現有技術相比，其顯著優點是1)、解決了如何將室溫磁制冷材料用于室溫磁制冷的問題，特別是易氧化和易粉化的室溫磁制冷材料和尺寸細小的超順磁性材料在室溫磁制冷上的應用。2)、完成了室溫磁制冷材料與換熱流體的隔絕，防止了工質的氧化。3)、用室溫磁制冷材料與液體強化了室溫磁制冷材料與換熱流體的傳熱四
圖1是本發明所述的材料片單元的結構示意圖。
圖2是本發明所述的片蔟結構示意圖。
五具體實施例方式實施例1本發明制作的室溫磁制冷材料由厚度為0.1毫米的材料片單元疊壓而成，所形成的片蔟的厚度為5毫米，在每層材料片單元與材料片單元之間每隔5毫米設有直徑為1毫米、高度為0.05毫米的小圓臺，使材料片單元之間形成有液體流動的通道。材料片單元由上下兩層厚度為0.01毫米的銅皮構成，在兩層銅皮之間充滿有液態的防氧化導熱劑鎵，液態的防氧化導熱劑鎵中填充有室溫磁制冷材料釓作為制冷工質，制冷工質的粒徑為0.005毫米，每隔3毫米上下銅皮之間有壓痕，使銅皮中間形成一個個方形的互不相通的小區間。其具體的制作工藝如下1、將室溫磁制冷工質釓通過機床加工成小片、加水粉碎、和球磨或等離子噴涂或者機床直接加工等多種方式加工成合適大小的釓球，其尺寸為0.005毫米。
2、準備好厚度小于0.01毫米的銅皮。
3、在兩銅皮之間緊密封入室溫磁制冷工質釓球和防氧化導熱劑鎵，釓球應該盡可能緊密。將這些材料壓成厚度為0.1毫米的片。在所壓片表面，每隔5毫米是一個直徑為1毫米高度為0.05毫米的小圓臺。每隔3毫米距離，將該銅片壓死，使得在銅皮中間出現一個一個方形的相互不通的小區間。
4、將該材料片壘起成為片簇加壓固定，以保證必要的機械強度。不要加壓過大，為的是保證在片之間有流體可以流動的通道。片簇的厚度在為5毫米。
5、這樣成型的室溫磁制冷材料作適當剪裁，就可以用于室溫磁制冷機器了。具體的結構情況參見附圖1和附圖2。
實施例2室溫制冷材料其結構和制造方法基本同于實施例1，所不同的是制冷工質選用超順磁性室溫制冷工質，其粒徑為0.001毫米，材料片單元的厚度為0.05毫米，在材料片單元之間撒上粒徑為0.05毫米的球形金屬粉，材料片單元疊壓后形成的片蔟厚度為90毫米。
權利要求
1.一種室溫磁制冷材料，其特征在于它是由材料片單元疊壓而成，材料片單元與材料片單元之間設有凸點，使材料片單元與材料片單元之間形成流體流動的通道，所述的材料片單元包括上下兩層金屬皮，在金屬皮之間填充有液態導熱劑，該導熱劑中混合有超順磁性或鐵磁性室溫磁制冷工質粉末，上下兩層金屬皮被分塊壓死，使金屬皮中間形成一個一個相互不通的小區間。
2.根據權利要求1所述的室溫磁制冷材料，其特征在于所述的超順磁性或鐵磁性室溫制冷工質粉末的粒徑尺寸小于0.01毫米。
3.根據權利要求1所述的室溫磁制冷材料，其特征在于所述的金屬皮的厚度小于0.05毫米，材料片單元的厚度小于0.1毫米。
4.根據權利要求1所述的室溫磁制冷材料，其特征在于所述的凸點為厚度不大于材料片單元厚度的金屬片或在材料片單元之間墊上直徑為0.01-0.1毫米的球形金屬粉。
5.根據權利要求1或3所述的室溫磁制冷材料，其特征在于所述的金屬皮為銅皮。
6.根據權利要求1所述的室溫磁制冷材料，其特征在于所述的材料片單元相互疊壓后的片蔟厚度為0.1-100毫米。
7.根據權利要求1所述的室溫磁制冷材料的制造方法，其特征在于1)將超順磁性或鐵磁性室溫磁制冷工質通過粉碎、球磨、等離子噴涂或機床加工成粒徑小于0.01毫米的粉末；2)準備好厚度小于0.05毫米的金屬皮；3)將制冷工質粉末加入到液態導熱劑中，再將含有制冷工質的液態導熱劑密封在兩金屬皮之間，壓緊使之形成厚度小于0.1毫米的材料片單元；4)將材料片單元中的兩金屬皮分塊壓死，使金屬皮間形成一個一個互不相通的小區間；5)將材料片單元疊壓成片蔟，在材料片單元之間設有凸點，使材料片單元之間形成有流體流動的通道。
8.根據權利要求7所述的室溫磁制冷材料的制造方法，其特征在于所述的金屬皮采用銅皮。
9.根據權利要求7所述的室溫磁制冷材料的制造方法，其特征在于所述的材料片單元之間設置的凸點為厚度不大于材料片單元厚度的金屬片或在材料片單元之間墊上粒徑為0.01-0.1毫米的球形金屬粉。
10.根據權利要求7所述的室溫磁制冷材料的制造方法，其特征在于材料片單元疊壓形成的片蔟厚度為0.1-100毫米。
全文摘要
本發明公開了一種室溫磁制冷材料及其制造方法，材料是由材料片單元疊壓而成，材料片單元與材料片單元之間設有凸點，材料片單元包括上下兩層金屬皮，在金屬皮之間填充有液態導熱劑，該導熱劑中混合有超順磁性或鐵磁性室溫磁制冷工質粉末，上下兩層金屬皮被分塊壓死。材料的制造方法是將制冷工質加工成的粉末；將制冷工質粉末加入到液態導熱劑中，再將態導熱劑密封在兩金屬皮之間；將材料片單元中的兩金屬皮分塊壓死；將材料片單元疊壓成片簇。本發明解決了如何將室溫磁制冷材料用于室溫磁制冷的問題；完成了室溫磁制冷材料與換熱流體的隔絕，防止了工質的氧化；用室溫磁制冷材料與液體強化了室溫磁制冷材料與換熱流體的傳熱。
文檔編號C09K5/00GK1396231SQ0213787
公開日2003年2月12日 申請日期2002年7月1日 優先權日2002年7月1日
發明者盧定偉 申請人:南京大學