1、磁制冷,小组成员,组长:戴大磊资料采集:沈成光阳资料整理:陈伟超PPT制作:杨晓雨,磁制冷的历史及发展,早在1881年，E.Warburg就在铁中发现了磁热效应。后来，1907年P.Langevin也注意到了恒磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。1926年Debye和Giauque都预言了可以用磁热效应制冷。随后Giauque和MacDougall于1933年进行了绝热退磁的首次试验，达到了超低温。从此，在超低温范围内，磁制冷发挥了很大的作用，一直到现在这种超低温磁制冷技术已经很成熟。,磁制冷的历史及发展,随着磁制冷技术的迅速发展，其研究工作也逐步从低温向高温发展。1976年，美国首先采用金属G
2、d为磁制冷介质，开创了室温磁制冷的新纪元。美国设计了一个回转式的磁制冷装置，获得了500W的制冷功率。1996年宇航公司研制的室温磁制冷样机取得了突破性进展。他们建立了一套室温的磁制冷样机(原理机)系统。该机设计较为完美，在磁制冷循环过程中能量损失很小，制冷效率很高(实际效率可达卡诺循环的30%)。,磁制冷的原理,磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应（Magneto-CaloricEffect,MCE）的制冷。磁热效应是指磁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。,磁制冷的原理,例如对于铁磁性材料来说，磁热效应在它的居里温度（磁有序无序转变的温度）附近最
3、为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放出热量；反之，当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸收热量，这和气体的压缩膨胀过程中所引起的放热吸热的现象相似。如下图所示：,磁制冷的原理,磁制冷的原理,根据磁热效应热力学基础 当磁性材料磁化时，系统温度升高；同样，当磁性材料去磁时，系统的温度降低。,实现磁卡诺循环的磁制冷机的原理,磁制冷卡诺循环如右图所示。有四个过程：12 为等温磁化（排放热量）；23 为绝热退磁（温度降低）；34 为等温退磁（吸收热量制冷）；41 为绝热磁化（温度升高）。,磁制冷实物图,磁制冷的特点,磁制冷是一项绿色环保的制冷技术。与传统制冷相比，磁制冷是采用磁性物质作为制冷工
4、质，对大气臭氧层无破坏作用，无室温效应，单位制冷率高，能耗、运动部件少，因此机械振动及噪声小，工作频率低，可靠性高。在热效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的3060%，而依靠气体,磁制冷的特点,压缩膨胀的制冷循环一般只能达到510。磁制冷应用范围广泛，从K、mK及到室温以上均适用。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方面有较好的应用前景；在高温特别是近室温领域，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。,磁制冷的应用,目前，磁制冷主要应用在极地温和液化氦等小规模的装置中。虽然诸多原因的限制使磁制冷基础理论尚未成熟，但磁制冷终将因其高效、无污染等特点成为未来颇
5、具潜力的一种新的制冷方式，而对磁制冷循环理论的拓深必能大力推进磁制冷技术在太空开发和民用技术中的应用，为磁制冷开辟更加广阔的前景。,磁制冷的应用,磁制冷的应用,此外，磁制冷冰箱已研制成功，如右图1-3所示根据实验得知，电冰箱和空调装置使用的制冷剂氟利昂会污染环境，而用磁制冷原理制作的冰箱这不仅不会破坏环境，而且效率要比用氟利昂制冷高40%，其成本低25%。,磁制冷的应用,另外，磁制冷在空间和核技术等国防领域也有广泛的应用前景:在这个领域里要求冷源设备的重量轻、振动和噪音小、操作方便、可靠性高、工作周期长、工作温度和冷量范围广。磁制冷机完全符合这些条件，例如冷冻激光打靶的氘丸，核聚变的氘和氚丸，红外元件的冷却，磁窗系统的冷却，扫雷艇超导磁体的冷却等。,磁制冷存在的问题,但是由于磁制冷技术尚处在不断完善的过程中，还有很多问题需要解决，主要有：每次磁制冷循环所产生的温差还不够大，目前还只有13K，这主要是由于磁场不够强，也就是说磁性材料的磁熵还不够大。,磁制冷存在的问题,磁制冷过程中的热交换速度不够快，从而使磁制冷周期延长，也使整个循环的热效率下降。在室温条件下，若不利用超导技术，仍利用电磁铁或稀土永磁材料产生磁场，则在两磁极面总存在空气隙，因此进入磁场的磁制冷材料有限，这就应有绝热效果好的隔热层，这也是一个技术难题。,谢谢观看!,
