磁制冷技术的研究及应用

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1、磁制冷技术的研究及应用摘要：随着环境和能源问题日益突出，磁制冷作为一种绿色制冷技术越来越受到各国重视。本文阐述了磁制冷技术的工作原理和典型的磁制冷循环过程。文章重点介绍了磁制冷材料和磁制冷样机的研究进展，并指出了磁制冷技术的儿个应用方向及目前存在的困难。关键词：磁热效应；磁制冷循环；磁制冷材料；磁制冷样机ResearchandApplicationofMagneticRefrigerationTechnologyAbstract:Withtheenvironmentandenergyproblemshavebecomeincreasinglyprominen

2、t,magneticrefrigerationasagreenrefrigerationtechnologydrawsmoreandmoreattentionallovertheworld・Inthispaper,theoperatingprincipleofmagneticrefrigerationandtypicalmagneticrefrigerationcycleswereillustrated•Theresearchprogressofmagneticrefrigerationmaterialsandmagneticrefrigerationpro

3、totypeswereemphaticallyintroduced・Finally,severalmainapplicationdirectionsofmagneticrefrigerationtechnologyandtheexistingproblemswerepointedout.Keywords:magnetocaloriceffect;magneticrefrigerationcycle;magnetocaloricmaterials;magneticrefrigenitionprototypes1前言制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质

4、的温度，并维持这个低温的过程。所谓环境介质通常指自然界的空气和水，为了使某物体或某空间达到并维持所需的低温，就得不断地从它们屮间取出热量并转移到坏境介质屮去，这个不断地从被冷却物体取出并转移热量的过程就是制冷过程。制冷方法主要有三种：（1）利用气体膨胀产生冷效应制冷。这是目前广泛采用的制冷方法。⑵利用物质相变（如融化、液化、升华、磁相变）的吸热效应实现制冷。（3）利用半导体的温差电效应实现制冷⑴。目前，传统气体压缩制冷已经广泛应用于生产生活的各个方血，如家用电器、工业生产、地球物理探测、空间技术、超导体以及军事防卫等领域。但它存在两个明显的缺陷：制冷效率低且

5、氟利昂工质的泄漏会破坏人气臭氧层。虽然采用无氟制冷剂基木上可以缓解对人气臭氧层的破坏，但仍保留了制冷效率低、能耗大的缺陷，而且有的还会产生温室效应等，不是根本解决办法。随着人们对效率和环保的要求越来越高，气体压缩制冷的低效率和危害环境这两个缺陷口益突出，国际社会也相应制定了相关协定来限制有害气体的排放。因此，研究开发新型制冷技术就显得尤为迫切且意义重人。目前，新型制冷技术有吸收式制冷、半导体制冷、涡旋制冷、磁制冷。吸收式制冷利用废热及其它能源，但制冷效率及热效率太低，使用范围受到限制：半导体制冷国内虽己冇50L的产品,但因其电耗太人、制冷温跨不大而销路不畅；

6、涡旋制冷仍属容积式压缩机之一，电耗、噪音与活塞式压缩机相近，难以在制冷领域占据主导地位⑵。相对于传统的气体压缩制冷方式，磁制冷具有许多优势：(1)高效节能，磁制冷的效率可达卡诺循坏的30〜60%,而气体压缩制冷一般仅为5〜10%；(2)绿色坏保，由于制冷工质为固体材料以及在循环回路屮可用水(加防冻剂)来作为传热介质，这消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带來的破坏人气臭氧层、易泄露、易燃及地球温室效应等环境问题；(3)装査结构紧凑、振动及噪声小，磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，其磁爛密度比气体人，因此制冷装置变得更紧凑，而且无需压缩机，运动件少、转速

7、慢，振动及噪声小，可靠性高；(4)磁制冷采用电磁体或超导体以及永磁体提供所需的磁场，运动部件少且运行频率低，具有较高的可靠性和较长的使用寿命(5):采用固体■流体换热技术，接触面积大，热量转移快而高效；(6)根据制冷温度和制冷量人小要求，可选用不同的制冷工质來满足，制冷温度跨区大，从极低温到室温都可实现⑴。磁制冷技术因具备上述明显的优势，具冇广泛的应用前杲，因而吸引了各国科研人员的广泛兴趣。在工业生产和科学研究屮，人们通常把人工制冷分为低温和高温两个温区，把制取温度低于2()K称为低温制冷，高于20K称为高温制冷。冃前在超低温领域中，利川原了核去磁制冷原理制

8、取液化氨、氮、氢已得到广泛应用。在室温制冷方面，磁制