ТЕПЛООБМЕННЫЙ СЛОЙ ИЗ КАСКАДА МАГНЕТОКАЛОРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

1. Теплообменный слой из каскада по меньшей мере трех различных магнетокалорических материалов с различными температурами Кюри, которые расположены друг за другом в порядке возрастания или убывания температуры Кюри и предпочтительно в каждом случае изолированы друг от друга расположенными между ними термическими и/или электрическими изоляторами, причем разность температур Кюри у соседствующих магнетокалорических материалов составляет от 0,5 до 4°С.
2. Теплообменный слой по п.1, отличающийся тем, что разность температур Кюри соседствующих магнетокалорических материалов составляет от 1,5 до 2,5°С.
3. Теплообменный слой по п.2, отличающийся тем, что разность температур Кюри соседствующих магнетокалорических материалов составляет от 1,8 до 2,2°С.
4. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в теплообменном слое присутствуют от 5 до 50 различных магнетокалорических материалов.
5. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что термические и/или электрические изоляторы состоят из органического полимера, керамики, неорганических оксидов, углеродных волокон или сетей углеродных волокон, различных сортов стекла, полупроводников или сочетания этих компонентов.
6. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что термические и/или электрические изоляторы образуют матрицу, в которую введены магнетокалорические материалы.
7. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что расстояние между соседствующими магнетокалорическими материалами составляет от 0,05 до 3 мм.
8. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что магнетокалорические материалы и термические и/или электрические изоляторы образуют последовательность слоев, причем толщина слоев магнетокалорических материалов в каждом случае составляет от 1 до 100 мм.
2
2
3
9. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что он состоит из термомагнитных монолитов различных магнетокалорических материалов, в которых имеются сквозные каналы с площадью сечения отдельных каналов в пределах от 0,001 до 0,2 мм и толщиной стенки от 50 до 300 мкм, монолиты обладают пористостью в пределах от 10 до 60% и соотношением площади поверхности к объему в пределах от 3000 до 50000 м/м или включают в себя одну или несколько параллельных пластин с толщиной от 0,1 до 2 мм и расстоянием между пластинами в 0,05-1 мм, или пакетированный теплообменный слой состоит из частиц термомагнитного материала, имеющих средний диаметр в пределах от 50 мкм до 1 мм и дающих в пакетированном слое пористость в пределах от 30 до 45%.
10. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что пористость магнетокалорических материалов составляет 20-30%.
2
11. Теплообменный слой по п.9, отличающийся тем, что площадь сечения отдельных каналов составляет от 0,01 до 0,03 мм, а толщина стенки от 50 до 150 мкм.
12. Теплообменный слой по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что термомагнитные материалы выбирают из группы, которую образуют
(1) Соединения с общей формулой (I)
<mrow><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>A</mi><mi>y</mi></msub><msub><mi>B</mi><mrow><mi>y</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>+</mo><mi>δ</mi></mrow></msub><msub><mi>C</mi><mi>w</mi></msub><msub><mi>D</mi><mi>x</mi></msub><msub><mi>E</mi><mi>z</mi></msub><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>I</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где параметры имеют следующие значения:
А - Мn или Со,
В - Fe, Cr или Ni,
С, D, Е по меньшей мере два из С, D, Е отличны друг от друга, концентрации их не исчезающе малы, и
они выбраны из группы, которую образуют Р, В, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As и Sb, причем по меньшей мере один из С, D и Е представляет собой Ge или Si,
δ число в пределах от -0,1 до 0,1
w, х, y, z числа в пределах от 0 до 1, причем w+х+z=1;
(2) соединения на основе La и Fe общих формул (II) и/или (III) и/или (IV)
<mrow><mi>L</mi><mi>a</mi><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>F</mi><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mi>A</mi><msub><mi>l</mi><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>13</mn></mrow></msub><msub><mi>H</mi><mi>y</mi></msub></mrow>
<mrow><mi>L</mi><mi>a</mi><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>F</mi><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mi>S</mi><mi>i</mi><mmultiscripts><mo stretchy="false">)</mo><mprescripts /><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow><none /></mmultiscripts></mrow><mrow><mn>13</mn></mrow></msub><msub><mi>H</mi><mi>y</mi></msub><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>I</mi><mi>I</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
или
,
где х число от 0,7 до 0,95
y число от 0 до 3
<mrow><mi>L</mi><mi>a</mi><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>F</mi><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mi>A</mi><msub><mi>l</mi><mi>y</mi></msub><mi>C</mi><msub><mi>o</mi><mi>z</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>13</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><mi>и</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mtext> </mtext><mi>L</mi><mi>a</mi><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>F</mi><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mi>S</mi><msub><mi>i</mi><mi>y</mi></msub><mi>C</mi><msub><mi>o</mi><mi>z</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mn>13</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>I</mi><mi>I</mi><mi>I</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где х число от 0,7 до 0,95
y число от 0,05 до 1-х
z число от 0,005 до 0,5
<mrow><mi>L</mi><mi>a</mi><mi>M</mi><msub><mi>n</mi><mi>x</mi></msub><mi>F</mi><msub><mi>e</mi><mrow><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow></msub><mi>G</mi><mi>e</mi><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>I</mi><mi>V</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где x число от 1,7 до 1,95, и
(3) гейслеровские сплавы типа МnТР, где Т - это переходный металл, а Р металл с добавками р-типа и числом электронов на атом е/а в пределах от 7 до 8,5,
(4) соединения на основе Gd и Si общей формулы (V)
<mrow><mi>G</mi><msub><mi>d</mi><mn>5</mn></msub><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>S</mi><msub><mi>i</mi><mi>x</mi></msub><mi>G</mi><msub><mi>e</mi><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>4</mn></msub><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>V</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где х число от 0,2 до 1
2
(5) соединения на основе FeP,
(6) манганиты со структурой перовскита,
(7) содержащие редкоземельные элементы соединения с общими формулами (VI) и (VII)
<mrow><mi>T</mi><msub><mi>b</mi><mn>5</mn></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>S</mi><msub><mi>i</mi><mrow><mn>4</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow></msub><mi>G</mi><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>V</mi><mi>I</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где х=0, 1, 2, 3, 4
<mrow><mi>X</mi><mi>T</mi><mi>i</mi><mi>G</mi><mi>e</mi><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>V</mi><mi>I</mi><mi>I</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где X=Dy, Но, Tm,
(8) соединения на основе Мn и Sb или As с общими формулами (VIII) и (IX)
<mrow><mi>M</mi><msub><mi>n</mi><mrow><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow></msub><msub><mi>Z</mi><mi>x</mi></msub><mi>S</mi><mi>b</mi><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>V</mi><mi>I</mi><mi>I</mi><mi>I</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>M</mi><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>Z</mi><mi>x</mi></msub><mi>S</mi><msub><mi>b</mi><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>x</mi></mrow></msub><mtext> </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mi>I</mi><mi>X</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
где Z - Сr, Сu, Zn, Co, V, As, Ge,
х от 0,01 до 0,5,
причем Sb можно заменить на As, если только Z - это не As.
13. Теплообменный слой по п.12, отличающийся тем, что магнетокалорический материал выбирают из по меньшей мере четвертичных соединений общей формулы (I), которые помимо Mn, Fe, P и при необходимости Sb дополнительно содержат Ge или As, или Si, или Ge и Si, или Ge и As, или Si и As, или Ge, Si и As.
14. Способ изготовления теплообменных слоев по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что порошок данного термомагнитного материала подвергают формовочной обработке для образования термомагнитного материала, а затем пакетируют материалы для формирования теплообменного слоя, предпочтительно перемежая их термическими и/или электрическими изоляторами, либо же интегрируют их в матрицу из термического и/или электрического изолятора.
15. Применение теплообменного слоя по одному из пп.1-3 в холодильниках, кондиционерах, тепловых насосах или в производстве электроэнергии путем прямого преобразования тепла.