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我国室温磁制冷样机的研究进展

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我国室温磁制冷样机的研究进展

第33卷第2期 2011年3月 上海金属

SHANGHAIMETAIS Vo1.33,No.2 March,201155

我国室温磁制冷样机的研究进展 曾智侯雪玲汪学真向杰黄健

(1.上海大学材料研究所,上海200072;2.上海大学微结构重点实验室) 【摘要】磁制冷技术是一种新型的制冷方式,具有结构紧凑,性能可靠,高效和环境友好

等特点,室温磁制冷技术更是具有广阔商业化应用前景.主要论述了我国室温磁制冷样机的研

究情况及室温磁制冷研究过程中面临的问题. 【关键词】磁制冷室温磁制冷样机磁工质 RESEARCHPRoGRESSoFRooMTEMPERATURE MAGNETICREFRIGERATIoNINCHINA

ZengZhiHouXueling?WangXuezhenXiangJieHuangJian

(1.InstituteofMaterials,ShanghaiUniversity;2.TheMicrostructureKeyLabo

ratoryofShanghaiUniversity) 【

Abstract

ThemagneticrefrigerationtechnologywasaftemergingcoolingmethodwithaCOB—

pactstructure,reliableperformance,efficientandenvironmentallyfriendlyfeatures,whiletheroom

temperaturemagneticrefrigerationtechnologyownedbroadprospectsforcommercialapplication.The

situationofroomtemperaturemagneticrefrigeratorinChinaandtheproblemsoccurredduringthere—

searchprocessoftheroom-temperaturemagneticrefrigerationweredescribed. 【

KeyWords

MagneticRefrigeration,Room.TemperatureMagneticRefrigerator,Magnetic

Refrigerant

磁制冷是以具有(巨)磁热效应的材料作为 制冷工质,通过外加磁场的变化而使磁工质的磁 矩发生有序或无序的转变(相变),进而引起磁工 质对环境吸热或放热而进行制冷的方法.与传统 的气体压缩制冷相比,磁制冷具有熵密高,体积 小,结构简单,噪音小,效率高及功耗低等优点. 自从20世纪70年代Brown制作了世界上第

台室温磁制冷样机…,在过去的30多年里,室 温磁制冷技术在世界范围内获得了快速发展引. 磁制冷技术高效环保,可作为传统蒸气压缩制冷 技术的一种潜在的替代方式.由于当前磁制冷机 的磁场大多数由价格昂贵,结构复杂的超导磁体 或电磁铁提供,这在很大程度上限制了磁制冷技 术的商业化.永磁铁虽然只能提供低磁场,但因 其低成本,易制造,越来越受到研究人员的关注. 磁制冷机是依赖于磁性材料的磁热效应 (MCE)来实现制冷的.在室温区,由于磁性材 料的晶格热容相对较大,在绝热励磁或去磁时产 生的绝热温变△就比较小.钆在1.5T磁场下 产生的绝热温变仅为4K.采用主动式磁回热循 环(AMRCycle)不仅可以克服这一限制,在磁性 材料的两端产生高出△数倍的温跨,同时还使 得换热更加高效,磁制冷机的结构更加紧凑. Zimm等设计了第一台采用AMR循环工作的 磁制冷机,在10K的温跨下获得了约600W的 制冷量.

最近十几年,各国都投入了较多的人力和物 力研究这种具有广阔市场前景的室温磁制冷方

基金项目:上海市重点学科建设项目资助($30107)

作者简介:曾智,男,主要研究方向为室温磁制冷,电话:021-56333870,Email:snlver@163.COlll 通讯作者:侯雪玲,Email:flybird1656@163.toni 56上海金属第33卷

法,尤其是用永磁体取代超导磁体以简化结构,降 低成本已经引起广泛重视.本文主要论述我国室 温磁制冷机的研究情况及在室温磁制冷研究过程 中面临的问题.

1我国室温磁制冷样机的研究进展 1.1南京大学的室温磁制冷样机 2003年南京大学的卢定伟等人使用主动 式磁蓄冷器的循环方式,通过永磁体来添加1.7T 的外加磁场,以0.112kg的金属Gd(线度为 0.15m/n)作为磁制冷工质,工作间隙为9mm× 18mm×120mm,每个热源的容积大约为30m1, 用水做导热物质,每次来回循环的载冷剂量约 10ml,周期为5s.该装置达到了最大温跨8K, 但输出功率不足10w.样机见图1. 1.2四Jl1大学的室温磁制冷样机 2004年,四川大学的旋转室温磁制冷样机 采用永磁体提供1.5T外加磁场,纯度为99%的

Gd作为磁制冷工质,磁工质轮的转速为 6~40r/rain,获得了最大温跨11.5K,最大制冷 功率在70w以上.

2007年,四川大学设计,制作和测试了由永 磁体提供旋转磁场的冰箱(见图2).工作轮 (外径232mm,内径168mill和高16mm)被分成 36部分且各部分中间塞满了多孑L的磁工质材料 Gd微粒(尺寸约0.5mm,总质量1kg).工作轮 的旋转频率为0.1~0.7Hz.基于Halbach数组 图1南京大学磁制冷机试验台实物图 Fig.1Magneticrefrigerationprototypephotoof NanjingUniversity

采用NdFeB,FeCoV两种软磁材料来装配磁 铁,空隙高度为20lqlm,磁通密度1.5T,用水作为 热传导工质,这个装置达到的最大温差为11.5K. 当频率为0.15Hz,最大温差为6.7K时,获得了 最大制冷功率4Ow.

1.3中科院的室温磁制冷样机

2005年中科院理化技术研究所栗鹏等人【8_ 利用内部磁场在1.5~1.7T之间的永磁体,选用 的平均直径在1.4inm以下的钆粉末做磁工质, 单管填充727g.采用氦气作为换热流体,采用推

我国室温磁制冷样机的研究进展

我国室温磁制冷样机的研究进展第33卷第2期2011年3月上海金属SHANGHAIMETAISVo1.33,No.2March,201155我国室温磁制冷样机的研究进展曾智侯雪玲汪学真向杰黄健(1.上海大学材料研究所,上海200072;2.上海大学微结构重点实验室)【摘要】磁制冷技术是一种新型的制冷方式
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