磁制冷技术将引发制冷行业的革命
来源:http://www.ahlenggui.com发布时间:2017/11/10 13:13:55

磁制冷技术原理
磁制冷就是利用磁热效应,又称磁卡效应 (MagnetoCaloric Effect) 的制冷.磁热效应是指融制冷工质在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.磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料.我们知道,物质由原子构成,原子由电子和原子核构成,电子有自旋磁矩还有轨道磁矩,这使得有些物质的原子或离子带有磁矩. JI顶磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的,加外磁场后,原子的磁矩沿外磁场取向排列,使磁矩有序化,从而减少材料的磁惰,因而会向外放出热量;而一旦去掉外磁场,材料系统的磁有序减小,磁恼增大,因而会从外界吸收热量.磁'脑是温度和磁场的函数,如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来,通过外加磁场,有意识地控制磁惰,就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热,从而达到制冷的目的。

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磁制冷介绍
早在1907年郎杰斐(P.Langevin)就注意到:顺磁体绝热去磁过程中,其温度会降低。从机理上说,固体磁性物质(磁性离子构成的系统)在受磁场作用磁化时,系统的磁有序度加强(磁熵减小),对外放出热量;再将其去磁,则磁有序度下降(磁熵增大),又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。1927年德贝(Debye)和杰克(Giauque)预言了可以利用此效应制冷。1933年杰克实现了绝热去磁制冷。从此,在极低温领域(mK级至16K范围)磁制冷发挥了很大作用。现在低温磁制冷技术比较成熟。美国、日本、法国均研制出多种低温磁制冷冰箱,为各种科学研究创造极低温条件。例如用于卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和数处理系统中,磁制冷还用在氦液化制冷机上。而高温区磁制冷尚处于研究阶段。但由于磁制冷不要压缩机、噪声小,小型、量轻等优点,进一步扩大其高温制冷应用很有诱惑力,目前十分重视高温磁制冷的开发。

  美国宇航局的Zimn于1998年4月在《Science》杂志上说:磁制冷技术可以媲美瓦特发明蒸汽机,它将引发一场制冷行业的革命,我们是这段历史的见证人。另外,利用TRIZ理论(TRIZ是国际科研、学术领域公认的一种一种系统、科学的创新方法)对制冷行业的分析结果表明,磁制冷技术是未来最有可能取代现有蒸汽压缩式制冷的制冷技术之一。
  
  资料显示,与水果保鲜柜压缩机制冷技术不同,磁制冷技术具备静音、节能、环保的显著优势。在静音方面,磁制冷技术利用磁热效应制冷,过程中不需要高速转动,所以从原理上没有绝对噪音源;在节能方面,磁制冷的理论效率为传统压缩制冷技术的4-6倍,也就是说,压缩机制冷水果保鲜柜1天用的电量可以保证同等规格的磁制冷水果保鲜柜4-6天的电耗;在环保方面,磁制冷技术不含破坏臭氧的气体和温室气体,对环境的伤害几乎为零,此外利用水做传热剂,在安装和维护上无需担心泄露。未来水果保鲜柜等冷藏展示柜将可能更加静音省电。
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  进入21世纪,国际各国对节能和绿色环保非常重视,而磁制冷技术恰好满足了资源、能源和环境成本的要求,所以美、欧、日、中等主要国家均投入了大量人力、物力进行研究开发。但自上世纪90年代后期以来,磁制冷的研究主要由国家、科研机构主导,应用也局限于航空航天等领域。在民用领域,从目前公开的资料看,全球进行磁制冷技术产业开发的企业主要有:美国GE、德国巴斯夫(BASF)、法国Cooltect、韩国三星和中国海尔等。
  
  2015年CES展上,海尔推出全球首台应用磁制冷技术的无压缩机酒柜,这是全球首次将磁制冷技术应用于民用家电之上,不仅运行高效平稳无噪音,而且实现无化学物质制冷,单位能耗低,更加节能环保。海尔的磁制冷酒柜噪音将低于32db(分贝),而压缩机制冷酒柜噪音高于36db。
  
  海尔的专家表示,磁制冷技术是一项环境友好型技术,不会产生温室气体或任何破坏臭氧层的气体,它代表了未来10年的制冷发展方向。美国普渡大学、德国研究中心、日本能率及中国TRIZ专家对此表示一致认可。
  
  综上所述,节能减排和磁制冷技术应用优势促进磁制冷产业化加速。业内专家表示,磁制冷技术产业化对产业链的影响就如当年液晶电视取代传统电视一样,在液晶电视出现之前,索尼一直在传统电子管电视行业占据领先地位,而当液晶电视出现后,索尼开始节节败退,电子管电视则退出了历史舞台。同样,磁制冷技术一旦产业化,必将引起制冷行业的重新洗牌。
  
  从各企业磁制冷项目的推进来看,包括GE在内的大多数企业均采用类似双筒耦合磁制冷模块,GE称其新型磁制冷冰箱最早于2022年上市;法国C公司采用旋转盘式磁制冷模块,目前宣传已经进入制冷模块产业化阶段,但是国内外同行均未见到样机和具体性能参数。如果海尔的磁制冷产业项目进展顺利,那么中国企业将掌握主导制冷行业新格局和产业链重组的难得机遇。

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