用於逆轉磁熱材料退化的系統和方法

2023-05-06 16:27:16 3

用於逆轉磁熱材料退化的系統和方法
【專利摘要】一種方法，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裡溫度。該方法還包括：通過在再生溫度下保持磁熱材料來再生磁熱材料，其中該再生溫度不同於該磁熱材料的居裡溫度。
【專利說明】用於逆轉磁熱材料退化的系統和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]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併入本文。
【背景技術】
[0003]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。
[0004]鐵磁材料(例如，鐵)與所施加的磁場的強相互作用源於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。高於特定的溫度(該特定溫度是磁性材料的特徵並且被稱為居裡溫度)，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。高於居裡溫度，該材料是順磁性的而不是鐵磁性的。接近居裡溫度，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恆的，則這種磁熵的減小通過其熱熵的增大而補償，然後其溫度升高。暴露於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】

[0005]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，該磁熱材料具有居裡溫度。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，該再生溫度不同於該磁熱材料的居裡溫度。
[0006]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，該磁熱材料具有居裡溫度，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，該再生溫度不同於該磁熱材料的居裡溫度。
[0007]—個示例性裝置包括傳熱流體和床，該床包括具有居裡溫度的磁熱材料。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，該再生溫度不同於該磁熱材料的居裡溫度。
[0008]—個不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裡溫度。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裡溫度。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。【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]結合附圖，根據以下描述和所附權利要求書，本公開的前述特徵和其它特徵將變得更清楚。應當理解，這些圖僅僅描繪根據本公開的多個實施方式，並且因此不視作限制其範圍，本公開將通過使用附圖描述額外特性和細節。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]圖4示出根據示例性實施方式的根據在磁性製冷床中的位置在製冷循環中的最小流體溫度和最大流體溫度。
[0014]圖5是示出與具有單層Gd床的磁製冷樣機相比，根據示例性實施方式的具有5層LaFeSiH床的磁製冷樣機的性能的圖。
[0015]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。
[0016]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裡溫度超過一年以後的DSC跡線。
[0017]圖8是示出根據示例性實施方式的通過暴露於升高的溫度下恢復老化分裂的LaFeSiH 的圖。
[0018]圖9是示出根據示例性實施方式的通過暴露於降低的溫度下恢復老化分裂的LaFeSiH 的圖。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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】
[0023]在以下詳細描述中，參考形成該詳細描述的一部分的附圖。在這些附圖中，除非上下文另有規定，否則相似的附圖標記通常指相似的部件。詳細描述中描述的示例性實施方式、附圖和權利要求書不意味著限制。在不脫離本文呈現的主題的精神或範圍的情況下，可利用其它實施方式且可作出其它改變。將容易理解，如本文通常所描述且在圖示中所示出的本公開的多個方面可以以多種不同的配置來布置、替代、組合和設計，所有這些配置被明確地構思並且作為本公開的一部分。
[0024]磁製冷機(MR)使用磁熱效應從較冷的系統泵出熱量並且將該熱量排放到較熱的環境。磁熱效應是指材料暴露於磁場時的溫度升高。當移除所施加的磁場時，磁熵升高，熱熵減小，材料的溫度降低。在圖1中對於具有約60° F的居裡溫度的磁熱材料釓(Gd)，示出這種溫度變化。例如，對於該材料最初在60° F的溫度時，施加2特斯拉的磁場將會引起10° F的溫度升高。當所施加的磁場的強度增大時，溫度變化增大。
[0025]現代室溫MR系統可以使用主動式磁蓄冷器(AMR)循環來執行冷卻。AMR循環的早期實施可以參見美國專利N0.4332135，其全部公開內容通過引用方式併入本文。在一個實施方式中，如在圖2示意性地示出，AMR循環具有四個階段。圖2中的MR系統包括磁熱材料(MCM)的多孔床和傳熱流體，當該傳熱流體流經床時傳熱流體與MCM換熱。在圖2中，床的左側是冷側，而床的右側是熱側。在替選實施方式中，熱側和冷側可以調換。流體流動的計時和方向(從熱到冷或從冷到熱)根據磁場的施加和去除來調整。
[0026]在循環的第一階段(「磁化」)，床中的流體是不流動的，施加磁場到MCM使該MCM受熱。在循環的第二階段(「從冷到熱流動」)，保持床上的磁場，在固定溫度Ta (冷入口溫度)下的流體從冷側流經床而被泵送至熱側。當流體傳送到該床的下一段時，該流體從該床的每一段吸熱，使床冷卻並且使流體變熱，其中該過程在較高的溫度下繼續進行。該流體最終達到溫度Th。(熱出口溫度)，在熱出口處流體離開該床。通常，該流體被循環通過熱側換熱器，在熱側換熱器處該流體將其熱量排放到周圍環境。在第三階段(「退磁」)中，流體流動被終止並且磁場被移除。這導致床進一步冷卻。在循環的最後階段(「從熱到冷流動」)中，在持續沒有磁場的條件下，在固定溫度THi (熱入口溫度)的流體被從熱側流經床而泵送到冷偵U。隨著該流體通過該床的每段，故該流體被冷卻，達到溫度Tc。(冷出口溫度)，該溫度Tc。是流體在循環中達到的最低溫度。通常，該較冷的流體被循環通過冷側換熱器，在該冷側換熱器處該較冷流體從製冷系統獲取熱，使得該系統保持在其低溫下。
[0027]完成執行AMR循環的四個階段所需的時間稱為循環時間，循環時間的倒數被稱為循環頻率。MR系統的「溫度跨度」被定義為TH1-Tei，Ta1-Tci是入口流體溫度的差值。AMR循環類似於簡單的蒸汽壓縮循環，其中氣體壓縮(導致氣體受熱)起磁化的作用，而氣體的自由膨脹(使氣體溫度降低)起退磁的作用。儘管圖2示出單床MR系統的工作，然而，在替選實施方式中，可以在單系統中組合多個床(每個床經歷相同的AMR循環)以增大冷卻能力，減小系統尺寸，或者另外改善AMR循環的實施。
[0028]通常，I特斯拉至2特斯拉的磁場被用來有效地開發用於製冷的磁熱效應。該磁場通常由強的NdFeB磁體的組件來提供。最高等級的NdFeB磁體的剩磁大約為1.5特斯拉。比這更強的磁場的使用會改善MR性能，但是為了獲得超過該剩磁的磁場，需要大大(可能禁止的)增大磁體尺寸和重量。因此，1.5特斯拉是提供在MR系統尺寸和性能之間基本上最佳平衡的磁場強度。隨著永磁技術的提高，可以獲得大於1.5特斯拉剩磁的磁體。在這種情況下，MR系統的最佳場強強度會相應地增大。
[0029]永磁組件通常是MR中最昂貴的部件。為了充分利用這種昂貴的資源，在MR中使用的磁熱材料應該具有最強的可能的磁熱效應。該材料應該還避免使用任何有毒的、反應性的或者稀有的(因此昂貴的)成分。前面的構思排除了例如Gd的商業使用，Gd是無毒、惰性並且便宜的，但是具有弱的磁熱效應。使用Gd或者其他具有類似磁熱強度的材料的MR系統對於商用應用而言太大。鑭鐵娃氫化物(LaFeSiH)是用於商業MR系統的最有前景的磁熱材料之一。LaFeSiH的描述可以參見Fujita等人的標題為
Itinerant-electron metamagnetic transition and large magnetocaloric effects inLa(FexSih)13Compounds and their hydrides」 的文章(Physical Review B67(2003))，其全部公開內容通過引用方式併入本文。該LaFeSiH材料具有強的磁熱效應。例如，圖3示出LaFeSiH的磁熱強度的兩個最重要的量度，即，在1.0特斯拉的磁場中的等溫熵變(左圖)和熱容(右圖)。為了比較，還示出對於Gd的相同性能。由於大大增強的磁熱強度，故使用LaFeSiH的MR系統可以比使用Gd的系統更緊湊。儘管LaFeSiH具有作為成分的稀土金屬La (鑭)，然而，由於La是稀土金屬元素中最豐富的一種元素，故LaFeSiH仍然是便宜的。
[0030]在大多數的冷卻應用中，溫度跨度會很大，通常約為30°C (54° F)或更大。儘管MR系統支持的總跨度可以很大，然而系統中的床的給定軸向截面內的溫度在製冷循環中會保持在較窄的範圍內。例如，圖4示出，對於設計成家用空調器的特定MR系統，根據床中的軸向位置的在製冷循環中的理論最低流體溫度和理論最高流體溫度。對於這種情況，儘管總溫度跨度是37°C，但床中的每個軸向位置經歷了圍繞其平均值僅±2°C的溫度變化。如果該床由單一的磁熱材料組成，則床的一些區域因此會處於遠離其居裡溫度的溫度。床的這些區域將經歷小的熵變並且將具有低的熱容(見圖3)。這些區域將表現為更像被動蓄冷器並且對於系統的冷卻能力貢獻很小。床體積的這種低效率使用可以通過使用分層床(極大增強MR系統性能)避免。在分層床中，每一層含有磁熱材料，該磁熱材料的居裡溫度匹配於在循環中該層的平均溫度。通過以這種方式選擇層材料的居裡溫度，每一層將具有在循環期間的強的熵變以及大的熱容。因此所有的層將會在製冷循環期間主動地貢獻，這極大地改善了系統的整體性能。除了具有強的磁熱效應以外，通過改變氫(H)含量而使其對於用在分層床中是理想的，LaFeSiH的居裡溫度可以容易地控制在±60°C (室溫MR系統的關注範圍)之間。
[0031]在圖5中證實了與使用LaFeSiH的分層床相關的優點，圖5示出對於由5層LaFeSiH形成的床，樣機MR系統的根據溫度跨度而測量的冷卻功率。在替選實施方式中，可以使用更少或者更多的層。為了比較，該圖還示出在同樣的工作條件下，具有單一 Gd層的相同床的性能。例如，在13°C的溫度跨度下，分層的LaFeSiH床提供的冷卻功率超過Gd床
的三倍。
[0032]儘管LaFeSiH看來是用於MR的理想材料，然而，其性能不穩定。已經表明，當將該材料保存在很接近其居裡點的溫度時該材料經歷了其磁熱強度的逐漸變差，參見在2011年IEEE國際磁學會議(臺北，臺灣)的會議ED-07上出現的A.Barcza等的標題為「Stabilityand magnetocaloric properties of sintered La (Fe, Mn, Si) 13HZ alloys，，的文章(以下簡稱「A.Barcza等」)中所描述的，其全部公開內容通過引用方式併入本文。這種變差很容易在差示掃描量熱法(DSC)中觀察到。圖6示出LaFeSiH全新樣品的DSC跡線，該跡線具有單一的尖峰。該圖還示出DSC跡線中該峰的寬度。為了比較，圖7示出同一樣品在保持接近其居裡溫度超過一年以後的DSC跡線。當樣品保持在接近其居裡溫度的溫度時，DSC跡線表明鐵磁相到順磁相的變化在寬度上加寬並且在高度上降低。最終，如在圖7和A.Barcza等的文章中所示，這種材料初始的大且尖的轉變將分成兩個寬且淺的峰(「老化分裂」)。如磁力測定所測量和A.Barcza等的文章中所示，DSC跡線的老化分裂伴隨著材料熵變的降低。分裂發生的速率取決於溫度。對於在2°C下存儲的2°C居裡點的LaFeSiH,峰的明顯加寬大約需要10天，分裂峰的形成大約需要60天。對於在20°C存儲的20°C居裡點的LaFeSiH材料，分裂峰在大約10天內形成。對於在32°C存儲的32°C居裡點的材料，分裂峰在大約5天內形成。[0033]只要氫含量低於1.5/化學式單位，則LaFeSiH的老化過程看起來不依賴於合成方法。在被弧熔、然後退火數周以形成I至13個相、然後氫化的材料中看出老化過程。在通過熔融紡絲或者霧化被快速凝固、然後退火數小時或者更少以形成I至13個相、然後氫化的材料中也看出老化分裂過程。在具有稍微不同的組成的不同LaFeSiH樣品(如 Lah29(Fea88Siai2)13Hy 和 Lah2(Fea 888Siail2)13Hy)中看出老化分裂過程。在Pra6Laa6(Fea 888Siail2)13Hy樣品中也看出老化分裂過程,其中Pr被一些La取代以增大磁熱強度。因此，老化分裂過程通常會發生在RE(TMxSi1J13Hy材料(其中RE代表稀土元素，如La、Ce、Pr或Nd ;TM代表過渡金屬，如Fe、Cr、Mn或Ni ；x<0.15, y〈l.5)形式的磁熱材料中。在示例性實施方式中，y的值可以在大約0.8和1.5之間。可替選地，可以使用不同範圍的y值。如本文中所論述的，可以使用不同的y值以產生具有不同居裡溫度的磁熱材料。
[0034]當磁熱材料在MR系統中使用時，磁熱材料將不可避免地暴露於接近其居裡溫度的溫度。事實上，在分層床中，層中的材料被選擇成具有與在MR循環期間得出的該層的平均溫度相等的居裡溫度。因而，如果在MR系統中使用部分氫化的LaFeSiH,或者更普遍的RE (TMxSi1J I3Hy,其磁熱性能將隨時間而退化。儘管部分氫化的RE (TMxSi1J 13Hy材料有超過其他磁熱材料的明顯優點，然而部分氫化的RE (TMxSi1J I3Hy材料的磁熱性能的這種退化會潛在地阻礙其在商用MR系統中的使用。
[0035] 申請人:已經發現，當退化的RE (TMxSi1J I3Hy材料隨後被保持在遠離其居裡點的溫度(例如，較高或較低的溫度)時，退化過程逆轉並且最終材料的性能返回到其初始狀態。此外， 申請人:發現，如圖8中所示，材料恢復在較高溫度下較快地進行。具有26.7°C的居裡溫度的材料(即LaFeSiH)通過在該溫度下存儲超過一年而老化分裂直至如通過DSC所測量的磁轉變寬度達到14°C。如通過DSC所測量的這種初始的磁轉變寬度為2.1°C。退化的材料然後被暴露於如圖中所示的不同溫度(即，38.5°C、44°C、60°C和100°C)下。在44°C下暴露大約6天足以將材料完全恢復到其初始狀態，以及在60°C下暴露大約3天足以將材料完全恢復到其初始狀態。在100°C下暴露不到I天足以獲得老化分裂的完全逆轉。 申請人:還發現Pr。.^aa5(FehSix)13Hy的老化分裂退化通過該熱處理也是完全可逆的。如圖9中所示，通過暴露於降低的溫度也得到了老化分裂`的LaFeSiH的初始的尖的磁轉變的恢復，但過程較慢地進行。LaFeSiH材料最初具有1.2°C寬度的磁轉變，LaFeSiH材料被保持在接近37°C的其居裡點6天後，磁轉變被加寬到4.4°C。通過在5°C下保持材料得到恢復。100天後恢復完成。在示例性實施方式中，用來恢復磁熱材料的再生溫度可以低於氫開始離開磁熱材料的最高溫度。該最高溫度大約為180°C。
[0036]因為老化分裂退化可以以相對簡單的方式完全地可逆，所以RE (TMxSi1J I3Hy材料可以在適當改動的MR系統中使用，這形成了本文所描述的主題的基礎。在具有磁熱材料的分層床的MR系統工作的通常模式下，材料層將保持接近其各自的居裡溫度，這將導致磁熱材料變差。此外，當系統不工作時，居裡點接近環境溫度的磁熱材料部分也會變差。因此， 申請人:已經開發了一種改進的MR系統，該改進的MR系統被配置成在不同於磁熱材料居裡溫度的溫度下保持磁熱材料層以逆轉會發生的任何老化分裂退化並且恢復其全部的磁熱效應。磁熱材料被保持的溫度可以高於或者低於磁熱材料的居裡溫度，根據所需的恢復速率，系統容量等，磁熱材料被保持的溫度可以與居裡溫度相差10°C、25°C、50°C、100°C等。在示例性實施方式中，磁熱材料被保持的溫度可以與居裡溫度相差大約10°C。[0037]在一個示例性實施方式中，MR系統使用RE(TMxSiLx) 13Hy作為磁熱材料並且具有接入流動系統中的加熱元件。另外，當MR系統處於空閒(例如，在夜間的住宅空調機)時，力口熱元件可以被激活。然後MR系統使受熱的流體循環通過磁熱材料，完全地逆轉由於上次高溫處理可能已經發生的任何老化分裂。
[0038]在通常在冷換熱器(CHEX)處吸收熱量以及在熱換熱器(HHEX)處排出熱量的MR系統的特定情況下，加熱器可以與該冷換熱器並聯地接入。如圖10中所示，在標準的冷卻模式下，流被導向通過CHEX和HHEX。如圖10中所示，AMR型制冷機在冷卻模式下工作，該制冷機包括一個或多個退磁的床，這些床對與待冷卻的負載熱接觸的冷換熱器提供冷卻。一個或多個磁化的床排出熱量到熱換熱器。在一個實施方式中，每個床包括具有在約從T。到Th範圍內的居裡點的RE(TMxSih)13Hy的層，其中Th>T。。
[0039]圖11示出在恢復模式下工作的AMR型制冷機。在一個實施方式中，與多個床串聯的加熱器加熱這些床到比這些床中的材料的最高居裡點高出10°c之上，這些換熱器被繞開。如圖11中所示和下文更詳細的討論，當恢復模式開始時，閥門將流切換成遠離冷換熱器並且將流重導向到加熱器。當在恢復模式時，可以添加第二閥門以切換流遠離熱換熱器(也見圖11)。這兩個閥門將MR系統熱隔離，從而使用較小的加熱器功率可以將其加熱到高於系統中所有磁熱材料的居裡點約10°C的溫度。如果在恢復模式期間暫停磁體運動或流體倒流，AMR循環操作被暫停，這降低了保持在恢復模式下所需要的加熱器功率的量。因為磁體運動和流體倒流利用額外的電功率，所以暫停這些操作也降低在恢復模式下系統所消耗的功率量。
[0040]在替選實施方式中，冷卻系統除了具有加熱元件之外，冷卻系統還可以包括兩個獨立的MR子系統。第一 MR子系統可以提供如圖10的冷卻，而同時第二子系統的床經歷如圖11的熱處理，以逆轉老化分裂。在這些操作條件下持續一定時間(例如，I小時、2小時、4小時、12小時等)後，可以切換MR子系統，第二子系統提供冷卻而第一子系統經歷熱處理。在峰值冷卻需求的時段，兩個MR子系統都可以提供冷卻功率。在另一個替選實施方式中，該系統可以併入多於兩個的子系統，一些子系統提供冷卻功率而其餘子系統經歷熱處理。
[0041]在另一個替選實施方式中，冷卻系統可以具有兩段，每一段包含分層的AMR床。冷段可以具有從T。到Tm範圍的居裡溫度，而熱段可以具有從Tm到Th範圍的居裡溫度，其中Th>Tm>T。。在空調機實施中，T。可以具有10°C的值，Tm可以具有25°C的值，Th可以具有40°C的值。在替選實施方式和/或實施中，可以使用不同的溫度值。當想要恢復熱段磁熱材料時，冷段可以在冷卻模式下工作，產生溫度接近T。的冷出口流體流。該冷流體不流經冷側換熱器，而是可以被導向通過熱段以得到接近T。的熱段溫度。因為T。遠低於熱段中的所有居裡溫度，所以暴露於此溫度可以逆轉熱段中的任何老化分裂。類似地，當需要恢復冷段磁熱材料時，熱段可以在冷卻模式下工作並且因此可以產生溫度接近Th的熱出口流體流。該熱流體不流經熱側換熱器，而是可以被導向通過冷段以使其溫度接近Th。因為該溫度遠高於冷段中的所有居裡溫度，暴露於該溫度可以逆轉冷段材料的任何老化分裂。
[0042]在另一個替選實施方式中，系統可以包括兩個獨立的MR子系統，每個子系統具有如在上述實施方式中的兩段，即熱段和冷段。當需要最高冷卻功率時，如圖12中所示，兩個子系統可以並行運行，每個子系統都提供冷卻。在圖12中，連接到泵和熱HEX的段具有作為磁熱材料的LaFeSiH,其居裡點在從Th到Tm的範圍內。連接到冷HEX的段具有居裡點從Tm到T。的範圍內的LaFeSiHMCM。在示例性實施方式中，居裡點在Tm的MCM位於連接到另一個床的床的端部。如圖13所示，當需要較小的冷卻功率時，一個子系統可以運行在冷卻模式下，而另一個子系統可以運行在恢復模式下以修復其磁熱材料的性能。在圖13中，下子系統提供冷卻功率而上子系統處於恢復模式。來自下子系統的退磁床的冷出口流體流的至少一部分轉向上子系統的熱段床。同時，下子系統的磁化床的熱出口流體流的一部分轉向上子系統的冷段床。還可以改動該實施方式以併入多於兩個的子系統，一些子系統提供冷卻功率而剩餘的子系統經歷熱處理。在該一般情況下，每個子系統可以具有如上文所述的兩段。
[0043]在另一個替選實施方式中，磁製冷系統的可能的多個床可以被設計成容易地從系統可移除和可更換。因此已經由於老化分裂而退化的床可以被移除且用全新床替換。在可以在物理上遠離磁製冷系統的單獨裝置中，通過暴露於充分遠離它們含有的所有層的居裡溫度的溫度，退化的床可以返回到全新狀態。例如，這個裝置可以是具有加熱器的簡單的流動迴路，其能夠使流體在高溫下循環經過退化的床，或者這個裝置可以是使床保持高溫的烘箱。一旦恢復到全新狀態，則這些床可以被重新安裝到磁製冷系統中。
[0044]本文描述的任何操作可以由計算系統進行，該計算系統包括處理器、存儲器、發射器、接收器、顯示器、用戶接口、和/或本領域的普通技術人員已知的其他計算機部件。可以使用本領域的普通技術人員已知的任何類型的計算系統。在一個實施方式中，本文描述的任何操作可以被代碼化成存儲在計算機可讀介質上的指令。計算系統可以被利用以執行這些指令，從而這些操作被執行。
[0045]實施例
[0046]為了驗證老化分裂退化對磁製冷機性能的影響，並且為了驗證高溫處理對於逆轉這種退化是有效的，磁製冷機的床被裝填五層La (Fetl 885Sia 115) Hy材料，每一層具有不同的y值並且因此具有不同的居裡點。這些層的居裡點初始為81:、111:、151:、181:和211:。在標準組的操作條件下測試了機器，其中循環頻率為3.33Hz，流動速率為6升/分鐘，熱入口溫度為25°C，由電加熱器提供的冷卻負荷為400瓦。在作為MR操作之前，床中的LaFeSiH被35°C的水性流體充滿達80小時以使材料達到其初始狀態。在標準工作條件下具有全新材料的機器的溫度跨度為13.4°C。然後使該機器在22°C的環境溫度下處於非工作狀態，持續10天。在該狀態中，居裡溫度為18°C和21°C的材料預計會經歷老化分裂退化，事實上，在該10天處理後的機器的在標準工作條件下的溫度跨度下降到僅2.9°C。然後LaFeSiHMCM被50°C的水性流體充滿達19小時以使材料達到其初始狀態，AMR模式下的機器在冷卻負荷為400瓦以及熱入口溫度為25°C的標準條件下的溫度跨度經測量為13.2°C。因此，使LaFeSiH MCM處於比材料的居裡點高出10°C之上的溫度持續19小時，能夠在將MCM保持在接近其居裡點且持續10天時發生的性能大幅降低後恢復MCM的性能。
[0047]本文所描述的主題有時說明在不同的其他部件內包含的不同部件或者與不同的其他部件連接的不同部件。應當理解，這樣描述的結構只是示例性的，事實上，可以實施實現相同功能的多種其他結構。在概念意義上考慮，實現相同功能的部件的任意布置有效地「關聯」使得實現所需功能。因此，本文實現特定功能的所組合的任意兩個部件可以被視為「關聯」於彼此使得實現所需功能，而與結構或中間部件無關。同樣，如此關聯的任意兩個部件也可以被視為「可操作地連接」或「可操作地耦聯」於彼此以實現所需功能，以及，能夠如此關聯的任意兩個部件也可以被視為「可操作地可耦聯」於彼此以實現所需功能。可操作地可耦聯的具體實施例包括但不限於物理上可耦聯和/或物理上交互的部件和/或無線可交互和/或無線交互的部件和/或邏輯交互和/或邏輯可交互的部件。
[0048]關於本文中基本上任何複數和/或單數措辭的使用，本領域技術人員可以根據上下文和/或用途從複數變換到單數和/或從單數變換到複數。為清楚起見，本文中明確地列舉了多種單數/複數的轉換。
[0049]本領域技術人員可以理解，一般來說，本文中所使用的術語，特別是所附的權利要求書(例如，所附的權利要求的主體)中使用的術語通常旨在表示「開放性」的術語(例如，術語「包括」應當被理解成「包括但不限於」，術語「具有」應當被理解成「至少具有」，術語「包含」應當被解釋成「包含但不限於」等)。本領域技術人員還應理解，如果旨在引用特定數字的權利要求，則在權利要求中將明確地說明，並且在沒有這種引用時，則沒有這樣的意圖。例如，為了幫助理解，所附權利要求書可包含用於引入權利要求引用的介紹性短語「至少一個」和「一個或多個」的使用。然而，這種短語的使用不應理解成暗示，不定冠詞「一」或者「一個」將包含這種引入的權利要求的任何特定權利要求限制到僅包含一個這樣引用的發明，甚至當相同的權利要求包括介紹性短語「一個或多個」或「至少一個」以及不定冠詞例如「一」或「一個」(例如，「一」和/或「一個」通常應被解釋成表示「至少一個」或「一個或多個」)時；對於介紹權利要求的引用的定冠詞的使用，同樣如此。另外，即使明確地列舉了特定數字的引用權利要求，本領域技術人員將認識到，這種敘述通常應當被理解成至少所引用的數字(例如，無其它修飾語的「兩個引用」的基本敘述，通常表示至少兩個引用，或者兩個或更多的引用)。此外，在使用類似於「A、B和C等中的至少一個」的慣用語的情況下，一般來說，這一結構在本領域技術人員看來將理解該慣用語(例如，「系統具有A、B和C中的至少一個」將包括但不限於以下系統:單獨具有A、單獨具有B、單獨具有C、同時具有A和B、同時具有A和C、同時具有B和C、和/或同時具有A、B和C等)。在使用類似於「A、B或C等中的至少一個」的慣用語的情況下，一般來說，這一結構在本領域技術人員看來將理解該慣用語(例如，「系統具有A、B或C中的至少一個〃將包括但不限於以下系統:單獨具有A、單獨具有B、單獨具有C、同時具有A和B、同時具有A和C、同時具有B和C、和/或同時具有A、B和C等)。本領域技術人員還應理解，實際上，無論是在說明書、權利要求、還是附圖中，表示兩個或更多的替代性術語的任何析取詞和/或短語都應當被理解成給出了包括這些術語之一、這些術語任一個、或兩個術語的可能性。例如，短語「A或者B」將被理解成包括「A」或「B」或者「A和B」的可能性。
[0050]為了說明和描述的目的，已經給出了示例性實施方式的上述說明。就所公開的明確形式而言，不旨在窮舉或限制，根據上述教導可做出多種修改和變型或者從公開的實施方式的實施中可以獲得多種修改和變型。應該指出，本發明的範圍是由所附的權利要求書及其等價物來限定。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 識別磁冷卻系統中的磁熱材料的至少部分退化，其中，所述磁熱材料具有居裡溫度；和 通過將所述磁熱材料保持在再生溫度下而使所述磁熱材料再生，其中，所述再生溫度不同於所述磁熱材料的所述居裡溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述再生溫度與所述居裡溫度相差至少5攝氏度。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述再生溫度與所述居裡溫度相差至少10攝氏度。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述磁熱材料包括氫，其中所述再生溫度低於最高溫度，所述最高溫度是所述氫的至少一部分將開始離開所述磁熱材料時的溫度。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述磁熱材料包括RE(TMxSiy)13Hz，其中RE是稀土元素以及TM是過渡金屬。
6.如權利要求1所述的方法，還包括:在所述再生溫度下保持所述磁熱材料時，暫停所述磁冷卻系統的主動式磁蓄冷器循環。
7.如權利要求1所述的方法，還包括: 從所述磁冷卻系統移除所 述磁熱材料，使得在遠離所述磁冷卻系統的所述再生溫度下保持所述磁熱材料；和 所述磁熱材料由再生的磁熱材料替換。
8.如權利要求1所述的方法，其中，再生包括逆轉所述磁熱材料的老化分裂。
9.一種方法，包括: 形成磁冷卻系統的至少一個床，其中，所述至少一個床包括磁熱材料，所述磁熱材料具有居裡溫度，其中，傳熱流體被配置成將熱傳遞到所述至少一個床中的所述磁熱材料或者從所述至少一個床中的所述磁熱材料傳熱； 形成所述磁冷卻系統的至少一個閥門以控制所述傳熱流體流經所述至少一個床和加熱器或換熱器，其中，所述傳熱流體在所述至少一個床和所述加熱器之間的流動通過在再生溫度下保持所述磁熱材料來再生所述磁熱材料，所述再生溫度不同於所述磁熱材料的所述居裡溫度。
10.如權利要求9所述的方法，其中，在所述至少一個床和所述換熱器之間的所述傳熱流體的流動使所述磁熱材料冷卻。
11.如權利要求9所述的方法，其中，所述至少一個床包括多個層，其中，所述至少一個床的每個層包括具有不同居裡溫度的不同磁熱材料，其中，在給定層中的所述不同磁熱材料的所述不同居裡溫度是在主動式磁蓄冷器循環期間的所述給定層的平均溫度。
12.一種裝置，包括: 傳熱流體； 床，所述床包括具有居裡溫度的磁熱材料，其中，所述床被配置成允許所述傳熱流體傳熱到所述磁熱材料或者從所述磁熱材料傳熱；和 加熱器，所述加熱器配置成在再生溫度下保持所述磁熱材料且持續一時間量，以再生所述磁熱材料，其中，所述再生溫度不同於所述磁熱材料的居裡溫度。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，所述加熱器被配置成藉助所述傳熱流體加熱所述床。
14.如權利要求12所述的裝置，其中，所述再生溫度大於所述居裡溫度。
15.如權利要求12所述的裝置，其中，所述床包括多種具有不同居裡溫度的磁熱材料，且所述再生溫度大於所述不同居裡溫度中的最高居裡溫度。
16.如權利要求12所述的裝置，其中，所述加熱器遠離所述床，所述床被配置成從所述裝置暫時地移開以用於通過所述加熱器再生。
17.—種傳熱系統,包括: 第一子系統，包括: 第一傳熱流體； 第一床，所述第一床具有第一磁熱材料，其中，所述第一磁熱材料具有第一居裡溫度； 和 第一閥門，所述第一閥門配置成控制所述第一子系統在再生模式下工作或者在冷卻模式下工作；和 第二子系統，包括: 第二傳熱流體； 第二床，所述第二床具有第二磁熱材料，其中，所述第二磁熱材料具有第二居裡溫度；和 第二閥門，所述第二閥門配置成控制所述第二子系統在再生模式下工作或者在冷卻模式下工作。
18.如權利要求17所述的傳熱系統，其中: 在第一時段期間，所述第一閥門被配置成控制所述第一子系統在所述冷卻模式下工作並且所述第二閥門被配置成控制所述第二子系統在所述再生模式下工作；和 在第二時段期間，所述第一閥門被配置成控制所述第一子系統在所述再生模式下工作並且所述第二閥門被配置成控制所述第二子系統在所述冷卻模式下工作。
19.如權利要求17所述的傳熱系統，其中，在給定的時段期間，所述第一閥門被配置成控制所述第一子系統在所述冷卻模式下工作並且所述第二閥門被配置為控制所述第二子系統在所述冷卻模式下工作。
20.如權利要求17所述的傳熱系統，其中: 所述第一床包括第一多層，其中，所述第一床的各層包括具有不同居裡溫度的不同磁熱材料，所述第一子系統包括冷段，使得在所述第一多層中的所述不同磁熱材料的不同居裡溫度在T。和Tm之間的範圍內；和 所述第二床包括第二多層，其中，所述第二床的各層包括具有不同居裡溫度的不同磁熱材料，所述第二子系統包括熱段，使得在所述第二多層中的所述不同磁熱材料的不同居裡溫度在Tm和Th之間的範圍內，其中，Th>Tm>T。。
21.如權利要求20所述的傳熱系統，其中，當所述冷段在所述冷卻模式下工作時，所述第一傳熱流體處於溫度T。，所述第一閥門和所述第二閥門中的至少一個閥門引導在所述溫度T。下的所述第一傳熱流體通過所述熱段以再生所述熱段。
22.如權利要求20所述的傳熱系統，其中，當所述熱段在所述冷卻模式下工作時，所述第二傳熱流體處於溫度Th，並且所述第一閥門和所述第二閥門中的至少一個閥門引導在所述溫度Th的所述第二傳熱流體通過所述冷段以再生所述冷段。
【文檔編號】F25B21/00GK103748424SQ201280035141
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年7月18日 優先權日:2011年7月19日
【發明者】卡爾·B·齊姆, 史蒂文·A·雅各布斯 申請人:美國宇航公司