了解磁制冷技术(了解磁制冷技术的意义)

1. 了解磁制冷技术

她从事“新型制冷技术”的基础研究工作，特别是围绕“磁制冷”这一新型制冷方式，开展了一系列前沿研究工作。

她是沈俊，第十四届“中国青年女科学家奖”得主。时至今日，家用制冷设备仍然广泛采用传统气体压缩制冷，并通过氟利昂等作为热交换介质。但由于在强烈紫外线的作用下，氟利昂解释放出的氯原子会不断破坏大气中的臭氧分子，数百年驱之不散，进而引发全球温室效应，因此这种制冷介质正在被逐步淘汰。而其替代工质氢氟烃也将依据蒙特利尔议定书，于2028年全面禁用。在余下不多的时间里，谁将以绿色环保的特质成为下一代家用制冷设备的替代者？ 中国科学院理化技术研究所沈俊研究员给出了答案：最优解决方案很可能就是新一代的固体介质制冷技术——磁制冷。沈俊在实验室 磁制冷是利用固体磁性材料的磁化放热和退磁吸热实现制冷，这种利用磁热效应的新型制冷方式无需额外的制冷剂，完全是变革性的技术创新，被认为是新一代绿色环保的制冷方式。2014年，美国能源部已将磁制冷列为未来可替代压缩制冷技术的首选技术之一。未来技术？是的，磁制冷虽然优势明显，但真正走向实用化，在材料、器件和系统各方面仍面临诸多挑战，实现起来十分困难。“我的工作就是实现磁制冷的广泛应用。”沈俊说。在很多人眼中，沈俊命中注定就和磁制冷有着不解之缘。读研究生时才开始接触低温制冷的沈俊，很快就发现了国际上最低温度、大磁熵变铁磁磁制冷材料，填补了这一温区的国际空白，并被国际同行认为是“最佳的磁热效应体系”。随后，她又发现了磁性材料的磁滞损失及其调控机制，大幅提高了磁性材料的制冷性能。在找到了具有潜力的磁制冷材料之后，她还创新性地提出了复合式磁制冷新方法，并成功研制出了处于国际领先水平的小型室温磁制冷机。“这里的每台磁制冷样机都是我们自己制造的。”走在实验室的廊道里，沈俊一个接一个骄傲地展示着她团队的研发成果。七间实验室内布满了外人难以看出门道的、冷冰冰的仪器和设备，而在沈俊眼里，这些陪伴她多年的“老伙计”就是她工作中的最佳搭档。创新，将中国科学院理化技术研究所的这间实验室从磁制冷的跟跑者、推向了并跑者，甚至领跑者的角色。沈俊团队研发的磁制冷样机不仅申请到了国际专利，甚至还被美国航天公司采用。与国内企业合作实现的成果转化，也应用在科研和工业级产品中，并在短短几年内实现了数亿元的产值。科研人员、博士生导师、企业管理者、两个孩子的母亲，沈俊的身份似乎多了一些。但从她身上你却几乎感受不到压抑的紧迫感。“生活中，我是比较粗线条的”，沈俊的一头长发洒落在肩上，微翘着脸庞说着。在沈俊办公室的玻璃窗前，郁郁葱葱地生长着一排多肉植物，奖牌陈列柜最左侧则放置了三台不同样式的咖啡机和咖啡胶囊，沙发对面被两张并不规则的中式圈椅占据……这些工作和生活中的细节，恰恰是她内心稳健沉着的真实写照。对于一名女生当初选择工科专业，沈俊直言不讳地笑着说，是父母“逼得”。转回头，她又继续补充道，现在自己早已真正爱上了低温制冷这个领域，尤其是当自己的成果被不断肯定，更多的成果走向实用，甚至自己在怀孕时做实验也会感到乐此不疲。端起一杯咖啡，沈俊微笑着说道，“做科研就像喝一杯苦咖啡，开始喝时觉得苦涩，慢慢苦尽甘来，最后品尝到成果的甘甜。忙碌之余，沈俊作为中国科学院大学未来技术学院的岗位教授，在北京雁栖湖校区开设了低温制冷课程，为培养未来人才忙碌起来。至于自己不断前行的动力和目标，“只有一个，”她说，“做出世界第一台磁制冷实用冰箱。” 进实验室也化妆的美人确实很美。

2. 了解磁制冷技术的意义

借助磁性材料的磁热效应。磁性材料等温磁化时，向外界放出热量；磁性材料绝热退磁时，温度降低，并从外界吸取热量。

对磁性材料反复进行等温磁化和绝热退磁就可以获得低温，实现磁制冷。

3. 磁制冷过程

　　磁冷是指以磁性材料为公质的一种全新的制冷技术，其基本原理是借助磁致冷材料的磁热效应（Magnetocaloric Effect,MCE）,即磁冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时从外界吸取热量，达到制冷的目的。

4. 磁制冷的工作原理

冰箱的种类及对应冰箱制冷原理：

1、压缩式电冰箱:该种电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发汽化时吸收热量的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，世界上91~95%的电冰箱属于这一类。常用的电冰箱利用了一种叫做R600冰箱a的制冷剂作为热的"搬运工"，把冰箱里的"热""搬运"到冰箱的外面。

2、吸收式电冰箱:该种电冰箱可以利用热源(如煤气、煤油、电等)作为动力。利用氨-水-氢混合溶液在连续吸收-扩散过程中达到制冷的目的。其缺点是效率低，降温慢，现已逐渐被淘汰。

3、半导体电冰箱:它是利用对PN型半导体，通以直流电，在结点上产生珀尔帖效应的原理来实现制冷的电冰箱。

4、化学冰箱:它是利用某些化学物质溶解于水时强烈吸热而获得制冷效果的冰箱。

5、电磁振动式冰箱:它是用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱。其原理、结构与压缩式电冰箱基本相同。

6、太阳能电冰箱:它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。

7、绝热去磁制冷电冰箱。

8、辐射制冷电冰箱。

9、固体制冷电冰箱。

冰箱制冷原理详解 ：

1、压缩机压缩制冷剂气体。这将升高制冷剂的压力和温度（橙色），而冰箱外部的热交换线圈帮助制冷剂散发加压产生的热量。

2、当制冷剂冷却时，制冷剂液化成液体形式（紫色），并流经安全阀。

3、当制冷剂流经安全阀时，液态制冷剂从高压区流向低压区，因此它会膨胀并蒸发（浅蓝色）

4、在蒸发过程中，它会吸收热量，发挥制冷效果。

5、冰箱内的线圈帮助制冷剂吸收热量，使冰箱内部保持低温。然后，重复该循环。

5. 了解磁制冷技术知识

1.携带式水桶型降温装置，这个装置直径只有30公分，高度39公分。大小和寻常的水桶一般无二，在使用时，用户只要在桶内加入冰块，然后透过水桶内部的水流控制泵加上电风扇，就能吹出经过冷却的空气。尽管装置看似简单，但是这个装置可以在30℃的环境中，喷出15℃的冷气，让现场快速降温。

值得一提的是，这个装置的续航能力相当强，在充满电的情况下可以连续工作2~3个小时。有了这个装置，即便是再热的天气，我们都可以在室外进行野餐或露营，不过这个装置的携带相当不方便。其重量可想而知是非常感人的。

2.一款来自日本的工作服就做的非常到位，这件衣服插着两根水管，他可以将冰水注入服饰中。然后冰冷的水流在衣服中循环，从而达到降温的效果，这种方式就和电脑的水冷降温一样。有了这件衣服，即便在室外有再多的热浪来袭，估计也不会感到炎热了吧！

6. 磁制冷的基本原理

下面为大家简单介绍一下目前空调用制冷技术的几种新型技术及其制冷原理。

　　一、太阳能制冷原理

　　主要有吸收式、吸附式、冷管式、除湿式、喷射式和光伏等制冷类型。

　　(1) 太阳能 吸收式制冷：用太阳能集热器收集太阳能来驱动吸收式制冷系统，利用储存液态冷剂的相变潜热来储存能量，利用其在低压低温下气化而制冷,目前为止示范应用最多的太阳能空调方式。多为溴化锂—水系统，也有的采用氨—水系统。

　　(2)太阳能吸附式制冷：将收式制冷相结合的一种蒸发制冷，以太阳能为热源，采用的工质对通常为活性碳—甲醇、分子筛—水、硅胶—水及氯化钙一氨等，可利用太阳能集热器将吸附 床 加热后用于脱附制冷剂，通过加热脱附——冷凝——吸附——蒸发等几个环节实现制冷。

　　(3)太阳能除湿空调系统：是一种开放循环的吸附式制冷系统。基本特征是 干燥剂 除湿和蒸发冷却，也是一种适合于利用太阳能的空调系统。

　　(4)太阳能喷射式制冷：通过太阳能集热器加热使低沸点工质变为高压蒸汽，通过喷管时因流出速度高、压力低，在吸入室周围吸引 蒸发器 内生成的低压蒸汽进入混合室，同时制冷剂任蒸发器中汽化而达到制冷效果。

　　(5)太阳能冷管制冷：这是一种间歇式制冷，主要结构是由太阳能冷管、集热箱、制冷箱、蓄冷器和冷却水回路等组成，是一种特殊的吸附式制冷系统。

　　(6)太阳能半导体制冷：该系统由太阳能光电转换器(太阳能电池)、数控匹配器、储能设备( 蓄电池 )和半导体制冷装置四部分组成。太阳能光电转换器输出直流电,一部分直接供给半导体制冷装置进行制冷运行，另一部分则进入储能设备储存,以供阴天或晚上使用，保证系统可以全天候正常运行。

　　二、余热制冷原理

　　汽车预热制冷技术有喷射式，吸收式，混合式等方式。

　　吸收式制冷技术：余热驱动吸收式制冷装置以溴化锂水溶液为工质，各 换热器 独立安装于车厢底板下且位于同一平面内，利用特殊设计的连接管道连接形成密闭回路，合理利用车上的有限空间，解决现有汽车发动机余热驱动吸收式制冷设备因体积和重量过于庞大而无法应用于车辆上的问题。

　　喷射式制冷：由蒸汽喷射器、蒸发器和冷凝器(即凝汽器)等设备组成，依靠蒸汽喷射器的抽吸作用在蒸发器中保持一定的真空，使水在其中蒸发而制冷。

　　三、磁制冷基本原理

　　磁制冷(又称磁卡效应，Magneto-CaloricEffect)即利用磁热效应制冷。磁制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时从外界吸收热量。对与铁磁性材料，磁热效应在其居里温度(磁有序-无序转变的温度)附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放热，反之当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸热。

　　当然目前存在的空调用制冷技术并不是只有这么几种，还有热声制冷、地热制冷、激光制冷等多种制冷技术。这些新型制冷技术的发展将会逐渐取代氟利昂类制冷剂，这对于保护地球的臭氧层、改善温室效应、节约能源有着非常重要的意义。因此，这些新型技术的研究和开发具有着十分重要的战略意义。

7. 磁制冷原理

　　磁制冷的原理：固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。　　基于“磁热效应”（MCE）的磁制冷是传统的蒸汽循环制冷技术的一种有希望的替代方法。在有这种效应的材料中，施加和除去一个外加磁场时磁动量的排列和随机化引起材料中温度的变化，这种变化可传递给环境空气中。Gd5Ge2Si2是其中一种所谓的巨型MCE材料，当在上个世纪90年代后期被发现时曾引起人们很大兴趣。

8. 磁制冷技术的应用

1、华中科技大学——国家脉冲强磁场科学中心

华中科技大学独立承建国家脉冲强磁场科学中心，是中国教育部属高校承建的第一个国家重大科技基础设施项目，主要进行脉冲强磁场技术及脉冲强磁场环境下的科学实验研究。华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心的工程应用研究包括脉冲电磁成形技术、整体充磁技术、磁制冷技术等方面。

此外，中心还开发了集成式脉冲强磁场实验装置、特种脉冲电源等成套设备。目前，华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心正承担着国家重大科技基础项目——脉冲强磁场实验装置的建设任务。

2、北京科技大学——国家材料服役安全科学中心

北京科技大学为教育部直属全国重点大学，为国家“211工程”、“985工程优势学科创新平台”重点建设院校，国家首批“双一流”世界一流学科建设高校，目前为为一所以工科为主，工学、理学、管理学、文学、经济学、法学等多学科协调发展的高水平研究型大学。

国家材料服役安全科学中心是2008年12月8日由国家发改委批复组建，2009年5月8日正式揭牌成立的首个由教育部部署高校承担组建的国家级科学中心。

围绕重大工程结构材料服役安全领域的尺度域、环境域、时间域以及安全评价方法等四大关键科学问题开展研究，是落实科学发展观和国家中长期科技发展规划纲要、提升我国重大工程的自主创新能力、建设创新型国家的的重要举措。

3、西北工业大学——国家材料服役安全科学中心

西北工业大学是中国唯一一所以同时发展航空、航天、航海工程教育和科学研究为特色的多科性、研究型、开放式国家重点大学，由中华人民共和国工业和信息化部直管，是国家首批“双一流”、“985工程、211工程”重点建设高校。

西北工业大学是国家材料服役安全科学中心的共建单位，其主要负责建设“工程结构材料损伤仿真试验系统”。目前，西北工业大学已经建成多个视景室，有力地满足了国家材料服役安全科学中心的各项研究工作。

4、哈尔滨工业大学——国家材料服役安全科学中心

哈尔滨工业大学是中华人民共和国工业和信息化部直属、中央直管副部级建制的全国重点大学，位列双一流A类、211工程、985工程，入选“2011计划”、“珠峰计划”、“111计划”、“卓越工程师教育培养计划”，为“九校联盟”、设有研究生院，拥有研究生自主划线资格。

享有“工程师的摇篮”之美誉。哈尔滨工业大学是国家材料服役安全科学中心的参建单位，负责特殊地域环境结构材料试验装置，目前多种设备已经完成组装、调试工作，可以满足基本的研究工作。