ADR退磁制冷介绍

磁制冷的介绍磁制冷的概述磁制冷技术的来源磁制冷技术的特点磁制冷技术的原理磁制冷技术的发展磁制冷技术的来源•1881年，E.Warburg在铁中发现磁热效应•1907年，P.Langevin在恒磁体绝热去磁中发现其温度降低•1926年Debye和Giayque预言可以使用磁热效应制冷•1933年Giauque和MacDougall用Gd2(SO4)3·8H2O作为介质进行了首次绝热退磁实验•1949年Giaque获诺奖后该技术在超低温领域中得到了广泛应用磁制冷技术的优点•环保：工质无OPD和GWP•紧凑：工质熵密度较大，系统结构较紧凑•低噪：运动部件少且运动速度慢，机械振动及噪声很小•高效：效率可达理想卡诺循环的30%~60%磁制冷技术的不足•循环产生的温差较小•需要强磁场作用•室温附近有效磁制冷效率下降•制冷过程中热交换速度不够快磁制冷技术的原理•磁热效应MCE：顺磁与铁磁性物质在外磁场的作用下，磁矩由杂乱变为有序，原子磁矩之间及与外磁场之间的相互作用能降低，系统的磁有序度加强它的磁熵减小，排出熵的过程也就是放热的过程•磁熵：磁体的总熵S(T,H)是磁场强度H和绝对温度T的函数，由磁熵SM(T,H),晶格熵SL(T,H)和电子熵SE(T,H)三部分组成S(T,H)=SM(T,H)+SL(T,H)+SE(T,H)磁制冷技术的原理磁熵SM(T,H)是T和H的函数，因此当外加磁场发生变化时，只有磁熵随之变化，SL(T,H)和SE(T,H)只是随温度变化的函数,合起来称为温熵S(T,H)=SM(T,H)+ST(T)在绝热过程中,系统总熵变为0△S(T,H)=△SM(T,H)+△ST(T)=0绝热磁化时△SM(T,H)0所以△ST(T)0故使工质温度升高;绝热去磁时,情况相反磁制冷技术的原理系统内能的变化dU=TdS+μ0HdM–PdV忽略体积效应d(U-TS-μ0HM)=-SdT-μ0MdH(𝛿𝑆𝛿𝐻)𝑇=𝜇0(𝛿𝑀𝛿𝑇)𝐻在等温情况下外磁场的变化引起的磁熵变为Δ𝑆=𝜇0𝛿𝑀𝛿𝑇𝐻𝐻𝑓𝐻𝑖𝑑𝐻磁制冷技术的原理在绝热情况下磁系统在外磁场发生变化时的温度变化为：Δ𝑇=−𝜇0𝑇CH𝛿𝑀𝛿𝑇𝐻𝑑𝐻HfHiCH为磁比热容CH=(𝛿𝑆𝛿𝐻)𝑇磁制冷技术的原理磁制冷循环：磁卡诺循环:由两个等温过程和两个绝热过程组成斯特林循环:由两个等温过程和两个等磁矩过程组成磁制冷技术的原理埃里克森循环:由两个等温过程与两个等磁化场过程组成布雷顿循环:由两个等磁化场过程与两个绝热过程组成磁制冷技术的原理循环名称优点缺点适用场合卡诺循环无蓄冷级、结构简单、可靠性高、效率高温度跨度小、需较高外磁场、存在晶格熵限制、外磁场操作比较复杂顺磁工质，结构简单，制冷温度在20K以下场合斯特林循环需蓄冷器、可得到中等温跨外磁场操作复杂制冷温区在20K以上埃里克森循环需蓄冷器、可得到大温跨、外磁场操作简单、可使用各种外场蓄冷器传热性能要求很高、效率低、需外部热交换器、与外部热交换器接触要求高、操作复杂制冷温区在20K以上场合，20K一下场合也有使用的动向布雷顿循环可得到最大温跨、可使用不同大小的场强蓄冷器中传热性能要求高、需外部换热器制冷温区在20K以上磁制冷技术的原理磁制冷工质选择依据：大的总角动量量子数J和郎德因字数g，以得到大的磁熵变；适合的德拜温度居里点在工作温度附近磁滞损失小低比热，高热导率高电阻，见效涡流效应良好的加工成型性磁制冷技术的发展1.磁制冷材料的磁热效应，热别是巨磁热效应的机理需深入研究，一边通过改进工艺与材料的组成制备出性能更优的突破和创新2.磁场设计方面，用高性能NdFeB永磁体设计出磁场强度更高的磁场源3.设计出最佳的热交换系统，提高热交换效率4.机械结构和控制技术的改进，使机组小型化，智能化谢谢