激光制冷的发展、应用及其它制冷技术

2012-08-12 05:08

　　2.磁制冷

　　磁制冷（又称磁卡效应，Magneto-CaloricEffect）即利用磁热效应制冷磁制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时从外界吸收热量对与铁磁性材料，磁热效应在其居里温度（磁有序-无序转变的温度）附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放热；反之当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸热。

　　它采用磁性物质作为制冷工质，也不导致温室效应其运动部件少，减小了机械振动和噪声，可靠性高，效率高（能达到卡诺循环的30％60%）其应用范围广，从KmK直到室温以上均适用；在低温（制取液氮液氦液氢）领域和高温（特别是近室温）领域都有广泛应用前景。当前，低温区（20K以下）磁制冷的研究已比较成熟并实用化高温区磁制冷还处于试验研究开发阶段，目前80K至室温的磁制冷技术是研究的热点研究出低成本且具有巨磁卡效应的材料以及利用NdFeB等永磁体产生外场（不用结构复杂而昂贵的超导磁体）是室温磁制冷关键。

　　面临的主要困难：①每次磁制冷循环所产生的温差还不够大，只有13K，磁性材料磁熵太小；②热交换速度不够快，使制冷周期延长，整个循环效率下降；③室温条件下，不利用超导技术，仍利用电磁铁或稀土永磁材料产生磁场，则两磁极面总存在空气隙，进入磁场的磁制冷材料有限，这要求有绝热效果好的隔热层。

　　其突破方向：①磁场分析，完善磁体结构；②针对相应的温区选择换热介质，设计出最佳的热开关或换热回路，提高换热效率；③制冷材料的研制，通过改进工艺和材料重组制备性能更优越的材料。

　　磁制冷技术可广泛应用于木本植物高体革鯻精子怀山药种质资源的包埋玻璃化茅苍术种质资源等的超低温保存，以及水果冷冻贮藏方面此外在极低温和液化氦等小型装置中，其高效无污染无噪声等众多特点使其在未来的太空开发和民用需要方面让人充满期待；在要求制冷源设备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的国防领域也有很好前景。