早期冷却系统:使用磁场和变形记忆合金进行冷却

文章作者:bianji3 | 2018-09-20
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一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽,使蒸汽的体积减小,压力升高。压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽,使之压力升高后送入冷凝器,在冷凝器中冷凝成压力较高的液体,经节流阀节流后,成为压力较低的液体后,送入蒸发器,在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽,再送入压缩机的入口,从而完成制冷循环。

据报道,近日,欧洲研究人员已经展示了一种有希望的早期冷却系统,它使用磁场和变形记忆合金进行冷却。

磁冷却系统通过利用磁热效应起作用,即某些材料在暴露于磁场时会改变温度。该技术几乎与传统冰箱一样长,但从未真正得到应用,因为设备复杂性会破坏能源效率,其中通常是使用的超导磁体,这需要它们自己的冷却系统。

为了解决这个问题,达姆施塔特技术大学和德国Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的研究人员使用了磁铁和特殊合金的独特组合。磁铁含有稀土金属钕,以及铁和硼。该合金是镍,锰和铟的混合物。

这种组合是使系统实用的关键。这些磁铁是目前已知的最强的永久磁铁,能够产生比地球强4万倍磁场。同时,该特定合金在暴露于磁场时将冷却,此外,它在变形后可恢复其原始形状。利用这种组合,该项目的研究人员 开发 了一个六步制冷循环。首先,冷却元件(合金)暴露在磁场中,只需一毫秒就足以使其磁化和冷却。然后将合金从磁场中移除,并且冷却所需的任何物质。随着合金回暖,它将保持磁化。接下来,合金被辊子压缩,这使得合金体积更密集,失去其磁性同时温度上升,当滚筒被移除时,合金在返回其常温时恢复其原始形状,为循环重新开始做好准备。

该项目主要是一项可行性研究,旨在说明形状记忆合金如何帮助减少这类装置所需的永磁体数量。该团队表示,这些磁铁是最昂贵的部分。“我们已经证明形状记忆合金非常适合冷却循环,”该研究的作者Oliver Gutfleisch说。 “我们需要的钕磁铁要少得多,但仍能产生更强的磁场,并产生相应更大的冷却效果。”该团队计划在2022年之前建立一个演示装置,以更好地了解系统如何冷却物品,以及它的节能效果。该研究已经发表在Nature Materials杂志上。

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