[發明專利]用于逆轉磁熱材料退化的系統和方法

有效

• 申請號: 201280035141.6
• 申請日: 2012-07-18
• 公開（公告）號: CN103748424A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 卡爾·B·齊姆;史蒂文·A·雅各布斯
• 申請（專利權）人: 美國宇航公司
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;H01L37/04;H01F1/01;H02N11/00
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年7月19日遞交的第61,509,381號美國臨時專利申請的優先權，其全部公開內容在此通過以全文引用的方式并入本文。

背景技術

提供以下的描述以幫助讀者理解。提供的信息或者引用的參考文獻都不被看作是現有技術。

鐵磁材料（例如，鐵）與所施加的磁場的強相互作用源于材料結構中的原子自旋一致地將其本身與所施加的磁場排齊的能力。高于特定的溫度（該特定溫度是磁性材料的特征并且被稱為居里溫度），熱擾動阻止這種一致自旋排列，與所施加的磁場的相互作用變得很弱。高于居里溫度，該材料是順磁性的而不是鐵磁性的。接近居里溫度，原子自旋在所施加的磁場中的一致排列導致該材料磁熵減小。如果該材料被隔熱使得其總熵是守恒的，則這種磁熵的減小通過其熱熵的增大而補償，然后其溫度升高。暴露于磁場時的溫度升高被稱為磁熱效應。當所施加的磁場被移除時，磁熵升高，熱熵減小，使該材料的溫度降低。

發明內容

一個示例性方法包括識別磁冷卻系統中的磁熱材料的至少部分退化，其中，該磁熱材料具有居里溫度。該方法還包括：通過在再生溫度下保持該磁熱材料而再生該磁熱材料，其中，該再生溫度不同于該磁熱材料的居里溫度。

另一個示例性方法包括形成磁冷卻系統的至少一個床，其中，該至少一個床包括磁熱材料，其中，該磁熱材料具有居里溫度，且其中，傳熱流體被配置成傳熱到在該至少一個床中的磁熱材料或者從該至少一個床中的磁熱材料傳熱。該方法還包括形成該磁冷卻系統的至少一個閥門以控制該傳熱流體通過該至少一個床和加熱器或換熱器的流動，其中，該傳熱流體在該至少一個床和該加熱器之間的流動通過在再生溫度下保持該磁熱材料來再生該磁熱材料，其中，該再生溫度不同于該磁熱材料的居里溫度。

一個示例性裝置包括傳熱流體和床，該床包括具有居里溫度的磁熱材料。該床被配置成允許該傳熱流體傳熱到該磁熱材料或從該磁熱材料傳熱。該裝置還包括加熱器，該加熱器被配置成在再生溫度下保持該磁熱材料且持續一時間量以再生該磁熱材料，其中，該再生溫度不同于該磁熱材料的居里溫度。

一個示例性系統包括第一子系統和第二子系統。第一子系統包括第一傳熱流體和具有第一磁熱材料的第一床，其中，該第一磁熱材料具有第一居里溫度。該第一子系統還包括第一閥門，該第一閥門被配置成控制第一子系統在再生模式或冷卻模式下工作。第二子系統包括第二傳熱流體和具有第二磁熱材料的第二床，其中，該第二磁熱材料具有第二居里溫度。該第二子系統還包括第二閥門，該第二閥門被配置成控制該第二子系統在再生模式或冷卻模式下工作。

附圖說明

結合附圖，根據以下描述和所附權利要求書，本公開的前述特征和其它特征將變得更清楚。應當理解，這些圖僅僅描繪根據本公開的多個實施方式，并且因此不視作限制其范圍，本公開將通過使用附圖描述額外特性和細節。

圖1是示出根據示例性實施方式的在釓（Gd）中的磁熱效應的圖。

圖2是示出根據示例性實施方式的主動式磁蓄冷器循環的階段的圖。

圖3示出根據示例性實施方式的LaFeSiH和Gd在1.0特斯拉的磁場中的等溫熵變（左圖）和熱容（右圖）之間的比較。

圖4示出根據示例性實施方式的根據在磁性制冷床中的位置在制冷循環中的最小流體溫度和最大流體溫度。

圖5是示出與具有單層Gd床的磁制冷樣機相比，根據示例性實施方式的具有5層LaFeSiH床的磁制冷樣機的性能的圖。

圖6示出根據示例性實施方式的LaFeSiH的全新樣品的差示掃描量熱法（DSC）跡線。

圖7代表根據示例性實施方式的與圖6中相同的材料被保持在接近其居里溫度超過一年以后的DSC跡線。

圖8是示出根據示例性實施方式的通過暴露于升高的溫度下恢復老化分裂的LaFeSiH的圖。

圖9是示出根據示例性實施方式的通過暴露于降低的溫度下恢復老化分裂的LaFeSiH的圖。

圖10是根據示例性實施方式的工作在冷卻模式下的主動式磁蓄冷器型制冷機的圖。

圖11是根據示例性實施方式的工作在恢復模式下的主動式磁蓄冷器型制冷機的圖。

圖12是根據第一示例性實施方式的具有兩個雙段子系統的主動式磁蓄冷器冷卻系統的圖。

圖13是根據第二示例性實施方式的具有兩個雙段子系統的主動式磁蓄冷器冷卻系統的圖。

具體實施方式