磁制冷工作原理及制冷特點

 磁制冷工作原理及制冷特點

磁制冷作為一種新型制冷技術研制和發展對臭氧層無損耗、無溫室效應而且可以利用低品位能源作為動力的節能環保型的制冷技術是制冷領域研究的重要課題。
　　1、背景：
　　磁制冷技術可以克服傳統的壓縮制冷技術的缺點,是一種熱效率高、對環境無污染、綠色環保的制冷技術。首先,磁制冷技術與傳統的壓縮制冷技術的制冷原理不同:磁制冷技術是依靠磁性材料的磁熱效應,通過磁化和去磁過程的反復循環而達到制冷目的的。而傳統的壓縮制冷技術是通過氣體壓縮和膨脹而實現制冷目的的。第二,磁制冷技術與傳統的壓縮制冷技術的制冷工質不同:磁制冷技術的制冷工質是固體,這就從根本上避免了使用有毒的、消耗臭氧層以及能產生溫室效應的氣體的排出。
　　2、基本原理：
　　磁制冷 （又稱磁卡效應，M agneto-CaloricEffect）即利用磁熱效應制冷。磁制冷工質在等溫磁化時向外界放出熱量，而絕熱去磁時從外界吸收熱量。對與鐵磁性材料，磁熱效應在其居里溫度（磁有序 - 無序轉變的溫度）附近最為顯制冷特點：著，當作用有外磁場時，該材料的磁熵值降低并放熱；反之當去除外磁場時，材料的磁熵值升高并吸熱［7-8］
　　3、制冷特點：
　　采用磁性物質作為制冷工質，也不導致溫室效應。其運動部件少，減小了機械振動和噪聲，可靠性高，效率高（能達到卡諾循環的 30％～60%）。其應用范圍廣，從μK、m K 直到室溫以上均適用；在低溫（制取液氮、液氦、液氫）領域和高溫（特別是近室溫）領域都有廣泛應用前景［9]
　　4、研究現狀 ：
　　2001年美國宇航公司(Astronautics Cooperation of America)聯合Ames實驗室開發成功了采用永磁體提供磁場的回轉式磁制冷機,成為第一臺室溫磁制冷的制冷機。當前，低溫區（20 K 以下）磁制冷的研究已比較成熟并實用化。高溫區磁制冷還處于試驗研究開發階段，目前 80 K 至室溫的磁制冷技術是研究的熱點。研究出低成本且具有巨磁卡效應的材料以及利用 NdFeB 等永磁體產生外場（不用結構復雜而昂貴的超導磁體）是室溫磁制冷關鍵。面臨的主要困難：①每次磁制冷循環所產生的溫差還不夠大，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，整個循環效率下降；③室溫條件下，不利用超導技術，仍利用電磁鐵或稀土永磁材料產生磁場，則兩磁極面總存在空氣隙，進入磁場的磁制冷材料有限，這要求有絕熱效果好的隔熱層。
　　5、應用前景：
　　磁制冷技術由于其節能環保的特點成為一項極具開發潛力的高新制冷技術,有著十分廣闊應用前景,有望取代傳統的壓縮制冷方式,用于家用、商業、工業生產、汽車空調、超級市場、醫療衛生事業及其他用途的制冷裝置,因而磁制冷技術有著廣泛的經濟效益及社會效益。磁制冷技術要真正得以廣泛應用,還需要在高性能磁性材料的開發、磁體和磁場結構的設計、蓄冷及換熱技術的改進、磁制冷裝置的設計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、無污染、無噪聲等眾多特點使其在未來的太空開發和民用需要方面讓人充滿期待；在要求制冷源設備重量輕、振動和噪音小、操作方便、可靠性高、工作周期長、工作溫度和冷量范圍廣的國防領域也有很好前景