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制冷技术新秀—磁制冷
日期:2016-03-31

夏日炎炎,骄阳似火烈焰升腾,大地像蒸笼一样,此时在室内吹着空调,喝着冰镇啤酒、饮料,享受着夏日的凉爽,是十分惬意的事情,由此看来空调与冰箱真是我们的好伙伴。但你可能还不知道,现在空调、冰箱的制冷技术,离被淘汰已经不远了。

“罪魁祸首”,就是我们今天的主角——磁制冷技术。

作为一项新兴技术,很多人不是很了解,所谓的磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术,其基本原理是借助磁制冷材料的可逆磁热效应,又称磁卡效应(Magneto-Cabrice Effect,MCE)的制冷,即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量, 而绝热去磁时温度降低, 从外界吸收热量的现象。用通俗的话来讲,就是一块金属放进磁场,它就变热,离开磁场了,它就会变冷。循环反复,这种冷,就可以用来冰镇啤酒饮料。

与传统制冷技术相比,磁制冷具有明显的优点:

首先传统制冷需要添加各种化学制冷剂,使用了含氟制冷剂及其替代品,存在破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、温室效应等缺陷,而磁制冷不需要化学制冷剂,制冷材料是合金,输送热量媒介是水,所以不会有破坏臭氧层、产生温室效应之类的环保问题。

其次在热效率方面,传统制冷技术依靠气体压缩-膨胀实现制冷目的,其制冷效率为理想卡诺循环的5%-10%,, 而磁制冷效率更高,可以达到卡诺循环的30%-60%,更加节能环保。

再者是噪声,传统制冷技术只要是压缩机一开始工作,那烦人的嗡嗡声绝对是噪音污染;而作为工质的磁性材料是固体,其熵密度远大于气体的熵密度, 因此制冷装置易于小型化。它没有压缩机,运动部件少且转速缓慢, 大幅降低了磁制冷装置的振动与噪声,并且使用寿命长。

磁制冷作为一种绿色环保、高效的制冷技术具有广阔的应用前景。在低温领域,磁制冷技术在制取液氮、液氦,尤其是绿色能源液氢等小规模的装置中取得应用,在高温特别是在近室温领域,磁制冷在冰箱、空调及超市食品冷冻系统方面有广阔的应用前景。

目前全球首款磁制冷酒柜已经诞生,但是室温磁制冷技术要真正得以广泛应用,其关键在于寻找室温附近具有宽的工作区间、易制备、低成本, 且在永久磁铁产生的磁场下( < 2T ) 有大磁熵变的制冷材料。磁学测量系统(MPMS SQUID VSM)是寻找室温磁制冷材料一种有效的检测手段,宁波材料所相关研究组已利用该设备研制出新型的室温磁制冷材料,有可能应用于磁制冷技术领域。