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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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