磁制冷工作原理及制冷特點(diǎn)

 磁制冷工作原理及制冷特點(diǎn)

磁制冷作為一種新型制冷技術(shù)研制和發(fā)展對(duì)臭氧層無(wú)損耗、無(wú)溫室效應(yīng)而且可以利用低品位能源作為動(dòng)力的節(jié)能環(huán)保型的制冷技術(shù)是制冷領(lǐng)域研究的重要課題。
　　1、背景：
　　磁制冷技術(shù)可以克服傳統(tǒng)的壓縮制冷技術(shù)的缺點(diǎn),是一種熱效率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、綠色環(huán)保的制冷技術(shù)。首先,磁制冷技術(shù)與傳統(tǒng)的壓縮制冷技術(shù)的制冷原理不同:磁制冷技術(shù)是依靠磁性材料的磁熱效應(yīng),通過(guò)磁化和去磁過(guò)程的反復(fù)循環(huán)而達(dá)到制冷目的的。而傳統(tǒng)的壓縮制冷技術(shù)是通過(guò)氣體壓縮和膨脹而實(shí)現(xiàn)制冷目的的。第二,磁制冷技術(shù)與傳統(tǒng)的壓縮制冷技術(shù)的制冷工質(zhì)不同:磁制冷技術(shù)的制冷工質(zhì)是固體,這就從根本上避免了使用有毒的、消耗臭氧層以及能產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體的排出。
　　2、基本原理：
　　磁制冷 （又稱(chēng)磁卡效應(yīng)，M agneto-CaloricEffect）即利用磁熱效應(yīng)制冷。磁制冷工質(zhì)在等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而絕熱去磁時(shí)從外界吸收熱量。對(duì)與鐵磁性材料，磁熱效應(yīng)在其居里溫度（磁有序 - 無(wú)序轉(zhuǎn)變的溫度）附近最為顯制冷特點(diǎn)：著，當(dāng)作用有外磁場(chǎng)時(shí)，該材料的磁熵值降低并放熱；反之當(dāng)去除外磁場(chǎng)時(shí)，材料的磁熵值升高并吸熱［7-8］
　　3、制冷特點(diǎn)：
　　采用磁性物質(zhì)作為制冷工質(zhì)，也不導(dǎo)致溫室效應(yīng)。其運(yùn)動(dòng)部件少，減小了機(jī)械振動(dòng)和噪聲，可靠性高，效率高（能達(dá)到卡諾循環(huán)的 30％～60%）。其應(yīng)用范圍廣，從μK、m K 直到室溫以上均適用；在低溫（制取液氮、液氦、液氫）領(lǐng)域和高溫（特別是近室溫）領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用前景［9]
　　4、研究現(xiàn)狀 ：
　　2001年美國(guó)宇航公司(Astronautics Cooperation of America)聯(lián)合Ames實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)成功了采用永磁體提供磁場(chǎng)的回轉(zhuǎn)式磁制冷機(jī),成為第一臺(tái)室溫磁制冷的制冷機(jī)。當(dāng)前，低溫區(qū)（20 K 以下）磁制冷的研究已比較成熟并實(shí)用化。高溫區(qū)磁制冷還處于試驗(yàn)研究開(kāi)發(fā)階段，目前 80 K 至室溫的磁制冷技術(shù)是研究的熱點(diǎn)。研究出低成本且具有巨磁卡效應(yīng)的材料以及利用 NdFeB 等永磁體產(chǎn)生外場(chǎng)（不用結(jié)構(gòu)復(fù)雜而昂貴的超導(dǎo)磁體）是室溫磁制冷關(guān)鍵。面臨的主要困難：①每次磁制冷循環(huán)所產(chǎn)生的溫差還不夠大，只有 1～3 K，磁性材料磁熵太小；②熱交換速度不夠快，使制冷周期延長(zhǎng)，整個(gè)循環(huán)效率下降；③室溫條件下，不利用超導(dǎo)技術(shù)，仍利用電磁鐵或稀土永磁材料產(chǎn)生磁場(chǎng)，則兩磁極面總存在空氣隙，進(jìn)入磁場(chǎng)的磁制冷材料有限，這要求有絕熱效果好的隔熱層。
　　5、應(yīng)用前景：
　　磁制冷技術(shù)由于其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)成為一項(xiàng)極具開(kāi)發(fā)潛力的高新制冷技術(shù),有著十分廣闊應(yīng)用前景,有望取代傳統(tǒng)的壓縮制冷方式,用于家用、商業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)空調(diào)、超級(jí)市場(chǎng)、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)及其他用途的制冷裝置,因而磁制冷技術(shù)有著廣泛的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。磁制冷技術(shù)要真正得以廣泛應(yīng)用,還需要在高性能磁性材料的開(kāi)發(fā)、磁體和磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、蓄冷及換熱技術(shù)的改進(jìn)、磁制冷裝置的設(shè)計(jì)等方面取得新的突破。在極低溫和液化氦等小型裝置中，其高效、無(wú)污染、無(wú)噪聲等眾多特點(diǎn)使其在未來(lái)的太空開(kāi)發(fā)和民用需要方面讓人充滿(mǎn)期待；在要求制冷源設(shè)備重量輕、振動(dòng)和噪音小、操作方便、可靠性高、工作周期長(zhǎng)、工作溫度和冷量范圍廣的國(guó)防領(lǐng)域也有很好前景