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室溫磁制冷的工作原理

   2021-07-22 子琪188
核心提示:溫度20 K以上,特別是近室溫附近,磁性離子系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),順磁鹽中磁有序態(tài)難以形成,它在受外磁場(chǎng)作用前后造成的磁系統(tǒng)熵變減小,磁熱效應(yīng)減弱。

溫度20 K以上,特別是近室溫附近,磁性離子系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),順磁鹽中磁有序態(tài)難以形成,它在受外磁場(chǎng)作用前后造成的磁系統(tǒng)變減小,磁熱效應(yīng)減弱。所以,進(jìn)室溫區(qū)制冷,低溫磁制冷所采用的材料和循環(huán)都不適用,故很長(zhǎng)時(shí)間室溫磁制冷沒(méi)有什么發(fā)展。直到1976年美國(guó)國(guó)家宇航局(NASA)的布朗(Brown)首次完成室溫磁制冷實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了該領(lǐng)域的發(fā)展。1980年,日本政府、產(chǎn)業(yè)界和大學(xué)三方面人員組成“室溫磁性冷凍研究會(huì)”。以后十多年室溫磁制冷技術(shù)進(jìn)展較快。目前,磁制冷步室溫制冷應(yīng)用的研究仍在進(jìn)行。

1-9示出金屬(Gd)200~ 300 K條件下的T-s圖。若按卡諾循環(huán)制(圖中1'-2-3'-4'-1'),則溫降很小這時(shí)應(yīng)采用艾里克森循環(huán)(Ericsson ),如圖中1-2-3-4-1所示。它由四個(gè)過(guò)程組成:1-2為等溫磁化;2-3為等磁場(chǎng)過(guò)程(溫度降低); 3-4為等溫退磁(吸熱制冷);4-1為等磁場(chǎng)過(guò)程(溫度上升)

布朗用7T的磁場(chǎng)和金屬,按上述循環(huán)成功地從室溫制取到-30℃的低。布朗的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-10所示。將金屬(磁材料)浸在蓄冷筒的蓄冷液體(+乙二醉溶液)中。利用磁場(chǎng)變化配合蓄冷筒上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。圖1-10中示出了一個(gè)周期的變化過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次反復(fù),筒體上部達(dá)到323 K下部達(dá)到243 K

    室溫磁制冷實(shí)用化的研究包括以下主要方面:①尋找合適的磁材料(工質(zhì)),它應(yīng)具有的特點(diǎn)是離子磁矩大,居里點(diǎn)接近室溫,以較小磁場(chǎng)作用與除去作用時(shí)能夠引起足夠大的磁(即磁熱效應(yīng)顯著)。現(xiàn)已研制出一系列稀土化合物作磁制冷材料,如R-Al,R-Ni,R-Si等系列的物質(zhì)(R代表稀土元素)還有復(fù)合型磁制冷物質(zhì)(由居里點(diǎn)不同的幾種材料組成);②外磁場(chǎng)需采用高磁通密度的永磁體;③研究最合適的磁循環(huán)并解決實(shí)現(xiàn)循環(huán)時(shí)涉及的熱交換問(wèn)題。


 
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