世界第一種商用磁制冷系統(tǒng)問世 磁冰箱將在不久之后面世

2001年12月7日，美國埃姆斯實(shí)驗(yàn)室在美國能源部的資助下研制出世界上第一臺(tái)在室溫下工作的磁冰箱。磁冰箱的概念形成于6年前，美國、中國、西班牙、荷蘭和加拿大都進(jìn)行了研究，最低制冷溫度已達(dá)-140℃，能量利用率已比傳統(tǒng)冰箱高1/3。其實(shí)早在1918年，科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有些金屬在磁化時(shí)會(huì)變熱，去磁化后又會(huì)變冷，人們把這種現(xiàn)象稱為磁熱效應(yīng)。根據(jù)這個(gè)原理，在上世紀(jì)80年代后期，科學(xué)家們就已經(jīng)利用超導(dǎo)磁鐵設(shè)計(jì)出磁冰箱。近日，法國的一家企業(yè)技術(shù)突破，進(jìn)一步的把磁冰箱推向了市場(chǎng)。

英國《每日郵報(bào)》16日?qǐng)?bào)道，法國一家企業(yè)研制的磁冰箱不插電就能工作。法國冷卻技術(shù)應(yīng)用公司開發(fā)出一種商用磁制冷系統(tǒng)，它無需任何能源，利用一種磁性材料磁化升溫、退磁降溫的特性，以一個(gè)可控磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)材料反復(fù)磁化和退磁，再用乙二醇水當(dāng)作熱量轉(zhuǎn)移介質(zhì)，達(dá)到制冷目的。這家公司說，電冰箱的電制冷系統(tǒng)所消耗電量占全球耗電量的17%，而磁制冷系統(tǒng)的節(jié)能效應(yīng)可觀。此外，磁制冷系統(tǒng)可杜絕傳統(tǒng)冰箱制冷劑一旦泄漏會(huì)污染環(huán)境的問題，而且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪音也更低。

磁冰箱不用氟里昂作工作介質(zhì),省去了壓縮機(jī)和渦輪機(jī),工作效率可達(dá)60%以上,遠(yuǎn)高于氣體壓縮式制冷機(jī)(小于40%),且噪音很低;。新研制的磁冰箱的核心是一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，裝置包括含有金屬釓片的轉(zhuǎn)輪和一塊高磁場(chǎng)強(qiáng)度稀土永磁鐵。釓是一種特殊的金屬，它被置于磁性環(huán)境后溫度升高，當(dāng)磁場(chǎng)被去除后則溫度下降，這一現(xiàn)象被稱為“磁熱效應(yīng)”。工作時(shí)，釓輪通過永磁鐵缺口進(jìn)入磁場(chǎng)后出現(xiàn)巨大的磁熱效應(yīng)，由此導(dǎo)致釓輪升溫，系統(tǒng)內(nèi)第一條循環(huán)管道的水將釓輪溫度升高獲得的熱量帶走以使釓輪冷卻;當(dāng)釓輪離開磁場(chǎng)后，釓輪溫度就會(huì)下降到比它進(jìn)入磁場(chǎng)前還要低的溫度，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)第二條循環(huán)管道的水通過釓輪并被釓輪冷卻，被冷卻的水成為制冷源，可用于制冷。

專家稱，這一新的科研成果將改變傳統(tǒng)的冰箱制冷系統(tǒng)，不再排放使地球變暖的氣體，對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有重要意義。與此同時(shí)，它的制冷系統(tǒng)在工作時(shí)幾乎沒有聲音，因?yàn)樗鼪]有什么振動(dòng)。未來，這種磁冷卻技術(shù)今后將廣泛用于空調(diào)、冷凍和其它商用和家用設(shè)備。

磁冰箱的原理

磁冰箱是根據(jù)磁熱效應(yīng)的原理制成的。稀土元素釓(Gd)是一種具有巨磁熱效應(yīng)的金屬,在等溫磁化時(shí)向外界放出熱量,在絕熱去磁時(shí)溫度降低,因而可從外界吸取熱量,達(dá)到制冷目的。為了完成制冷循環(huán)過程,可先在高溫環(huán)境中對(duì)工質(zhì)施加外磁場(chǎng),并等溫地實(shí)現(xiàn)伴隨著熵減少而進(jìn)行的放熱過程;然后在低溫下撤去外磁場(chǎng),讓工質(zhì)進(jìn)行等溫吸熱,最后在這兩個(gè)過程之間用適當(dāng)?shù)倪^程加以連接,就可完成制冷操作。用不同種類的過程連接上述兩個(gè)過程可以得到不同的磁制冷循環(huán),如磁卡諾循環(huán)、磁斯特林循環(huán)、磁埃里克森循環(huán)以及磁布雷頓循環(huán)等。