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室温磁制冷的工作原理

   2021-07-22 子琪181
核心提示:温度20 K以上,特别是近室温附近,磁性离子系统热运动加强,顺磁盐中磁有序态难以形成,它在受外磁场作用前后造成的磁系统熵变减小,磁热效应减弱。

温度20 K以上,特别是近室温附近,磁性离子系统热运动加强,顺磁盐中磁有序态难以形成,它在受外磁场作用前后造成的磁系统变减小,磁热效应减弱。所以,进室温区制冷,低温磁制冷所采用的材料和循环都不适用,故很长时间室温磁制冷没有什么发展。直到1976年美国国家宇航局(NASA)的布朗(Brown)首次完成室温磁制冷实验促进了该领域的发展。1980年,日本政府、产业界和大学三方面人员组成“室温磁性冷冻研究会”。以后十多年室温磁制冷技术进展较快。目前,磁制冷步室温制冷应用的研究仍在进行。

1-9示出金属(Gd)200~ 300 K条件下的T-s图。若按卡诺循环制(图中1'-2-3'-4'-1'),则温降很小这时应采用艾里克森循环(Ericsson ),如图中1-2-3-4-1所示。它由四个过程组成:1-2为等温磁化;2-3为等磁场过程(温度降低); 3-4为等温退磁(吸热制冷);4-1为等磁场过程(温度上升)

布朗用7T的磁场和金属,按上述循环成功地从室温制取到-30℃的低。布朗的实验装置如图1-10所示。将金属(磁材料)浸在蓄冷筒的蓄冷液体(+乙二醉溶液)中。利用磁场变化配合蓄冷筒上下运动实现循环。图1-10中示出了一个周期的变化过程。经过多次反复,筒体上部达到323 K下部达到243 K

    室温磁制冷实用化的研究包括以下主要方面:①寻找合适的磁材料(工质),它应具有的特点是离子磁矩大,居里点接近室温,以较小磁场作用与除去作用时能够引起足够大的磁(即磁热效应显著)。现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等系列的物质(R代表稀土元素)还有复合型磁制冷物质(由居里点不同的几种材料组成);②外磁场需采用高磁通密度的永磁体;③研究最合适的磁循环并解决实现循环时涉及的热交换问题。


 
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