往復式室溫磁制冷機的研究進展

1976年，美國NASA的Brown搭建了世界上第一臺室溫磁制冷機。隨后40多年，新型室溫磁制冷機不斷被研制出來，磁制冷機的制冷性能也不斷提高。目前，文獻可查的室溫磁制冷機已有60余臺。

2000年以前，室溫磁制冷機的發展較為緩慢，主要集中在磁熱材料發與磁場性能研究等方面。

2000年以后，受能源和環境危機的影響，室溫磁制冷機進入快速發展階段。

室溫磁制冷機的核心部件包括磁場系統和回熱器系統，根據部件運轉形式的不同，可分為往復式磁制冷機和旋轉式磁制冷機。往復式磁制冷機與旋轉式磁制冷機發展較為平衡，近10年后者的發展速度稍快。一些典型的室溫磁制冷機，從首臺室溫磁制冷機的提出到商用室溫磁制冷酒柜問世，室溫磁制冷機在結構和性能方面都有了很大的改善。

1、結構特點

室溫磁制冷機主要由主動磁回熱器（AMR）、磁場系統、換熱系統及驅動控制系統組成。往復式磁制冷機的AMR大多是圓柱或長方體結構，分別填充顆粒狀或片狀的磁制冷工質，置于磁場間隙內。磁場源主要有超導磁體、電磁體以及永磁體。往復式磁制冷機中磁場一般固定，AMR做往復運動。

換熱系統由冷熱端換熱器、換熱流體及其附屬部件（管道、閥門等）組成。驅動控制系統用于驅動AMR及換熱流體往復運動，并控制各部件的啟停，以實現磁制冷循環。

往復式磁制冷機具有結構簡單、組裝拆卸方便、易于控制、實驗測試便利等優點，一直是眾多科研工作者研究室溫磁制冷的首選。

2、磁制冷機的分類及性能對比

2.1單AMR型往復式室溫磁制冷機

單AMR型往復式磁制冷機是只采用一個AMR和磁場源的磁制冷機。其中，AMR為圓柱結構，磁場靜止而AMR做往復運動。單AMR磁制冷機一般采用單流路結構，由驅動系統控制流動方向。單AMR型往復式磁制冷機的制冷量與制冷溫差普遍較低。單AMR型往復式磁制冷機結構簡單、成本低，但是運行頻率普遍較低。單個AMR在一個機械周期里只經歷一次制冷循環過程，大幅限制了樣機的運行頻率，而樣機運行頻率在一定程度上決定了制冷性能的好壞，頻率高則相同時間內可以產生更大的制冷量。

2.2雙AMR型往復式磁制冷機

雙AMR型往復式磁制冷機采用了兩個AMR，能利用更多的磁熱材料，提升了制冷能力。當一個AMR勵磁時，另一個AMR退磁，在一個機械周期內實際經歷了兩個制冷循環，樣機運行頻率得以提高。此外，雙AMR的結構可以大幅減小樣機所受磁力，降低磁制冷機功耗。雙AMR型往復式磁制冷機可連續制冷，提高了制冷量，但對換熱與運行控制的要求更高。

（圖文無關，僅學習參考）

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