磁制冷技術(shù)原理
磁制冷就是利用磁熱效應(yīng)，又稱(chēng)磁卡效應(yīng) (MagnetoCaloric Effect) 的制冷.磁熱效應(yīng)是指融制冷工質(zhì)在等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而絕熱去磁時(shí)溫度降低，從外界吸收熱量的現(xiàn)象.磁制冷技術(shù)中的制冷工質(zhì)是固態(tài)的磁性材料.我們知道，物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子由電子和原子核構(gòu)成，電子有自旋磁矩還有軌道磁矩，這使得有些物質(zhì)的原子或離子帶有磁矩. JI頂磁性材料的離子或原子磁矩在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)是雜亂無(wú)章的，加外磁場(chǎng)后，原子的磁矩沿外磁場(chǎng)取向排列，使磁矩有序化，從而減少材料的磁惰，因而會(huì)向外放出熱量;而一旦去掉外磁場(chǎng)，材料系統(tǒng)的磁有序減小，磁惱增大，因而會(huì)從外界吸收熱量.磁'腦是溫度和磁場(chǎng)的函數(shù)，如果把這樣兩個(gè)絕熱去磁引起的吸熱過(guò)程和絕熱磁化引起的放熱過(guò)程用一個(gè)循環(huán)連接起來(lái)，通過(guò)外加磁場(chǎng)，有意識(shí)地控制磁惰，就可使得磁性材料不斷地從一端吸熱而在另一端放熱，從而達(dá)到制冷的目的。
磁制冷介紹
早在1907年郎杰斐（P.Langevin）就注意到：順磁體絕熱去磁過(guò)程中，其溫度會(huì)降低。從機(jī)理上說(shuō)，固體磁性物質(zhì)（磁性離子構(gòu)成的系統(tǒng)）在受磁場(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)（磁熵減?。瑢?duì)外放出熱量；再將其去磁，則磁有序度下降（磁熵增大），又要從外界吸收熱量。這種磁性離子系統(tǒng)在磁場(chǎng)施加與除去過(guò)程中所出現(xiàn)的熱現(xiàn)象稱(chēng)為磁熱效應(yīng)。1927年德貝（Debye）和杰克（Giauque）預(yù)言了可以利用此效應(yīng)制冷。1933年杰克實(shí)現(xiàn)了絕熱去磁制冷。從此，在極低溫領(lǐng)域（mK級(jí)至16K范圍）磁制冷發(fā)揮了很大作用?，F(xiàn)在低溫磁制冷技術(shù)比較成熟。美國(guó)、日本、法國(guó)均研制出多種低溫磁制冷冰箱，為各種科學(xué)研究創(chuàng)造極低溫條件。例如用于衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的參數(shù)檢測(cè)和數(shù)處理系統(tǒng)中，磁制冷還用在氦液化制冷機(jī)上。而高溫區(qū)磁制冷尚處于研究階段。但由于磁制冷不要壓縮機(jī)、噪聲小，小型、量輕等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步擴(kuò)大其高溫制冷應(yīng)用很有誘惑力，目前十分重視高溫磁制冷的開(kāi)發(fā)。
美國(guó)宇航局的Zimn于1998年4月在《Science》雜志上說(shuō)：磁制冷技術(shù)可以媲美瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，它將引發(fā)一場(chǎng)制冷行業(yè)的革命，我們是這段歷史的見(jiàn)證人。另外，利用TRIZ理論（TRIZ是國(guó)際科研、學(xué)術(shù)領(lǐng)域公認(rèn)的一種一種系統(tǒng)、科學(xué)的創(chuàng)新方法）對(duì)制冷行業(yè)的分析結(jié)果表明，磁制冷技術(shù)是未來(lái)最有可能取代現(xiàn)有蒸汽壓縮式制冷的制冷技術(shù)之一。
資料顯示，與水果保鮮柜壓縮機(jī)制冷技術(shù)不同，磁制冷技術(shù)具備靜音、節(jié)能、環(huán)保的顯著優(yōu)勢(shì)。在靜音方面，磁制冷技術(shù)利用磁熱效應(yīng)制冷，過(guò)程中不需要高速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以從原理上沒(méi)有絕對(duì)噪音源；在節(jié)能方面，磁制冷的理論效率為傳統(tǒng)壓縮制冷技術(shù)的4-6倍，也就是說(shuō)，壓縮機(jī)制冷水果保鮮柜1天用的電量可以保證同等規(guī)格的磁制冷水果保鮮柜4-6天的電耗；在環(huán)保方面，磁制冷技術(shù)不含破壞臭氧的氣體和溫室氣體，對(duì)環(huán)境的傷害幾乎為零，此外利用水做傳熱劑，在安裝和維護(hù)上無(wú)需擔(dān)心泄露。未來(lái)水果保鮮柜等冷藏展示柜將可能更加靜音省電。
進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)際各國(guó)對(duì)節(jié)能和綠色環(huán)保非常重視，而磁制冷技術(shù)恰好滿(mǎn)足了資源、能源和環(huán)境成本的要求，所以美、歐、日、中等主要國(guó)家均投入了大量人力、物力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。但自上世紀(jì)90年代后期以來(lái)，磁制冷的研究主要由國(guó)家、科研機(jī)構(gòu)主導(dǎo)，應(yīng)用也局限于航空航天等領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域，從目前公開(kāi)的資料看，全球進(jìn)行磁制冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的企業(yè)主要有：美國(guó)GE、德國(guó)巴斯夫（BASF）、法國(guó)Cooltect、韓國(guó)三星和中國(guó)海爾等。
2015年CES展上，海爾推出全球首臺(tái)應(yīng)用磁制冷技術(shù)的無(wú)壓縮機(jī)酒柜，這是全球首次將磁制冷技術(shù)應(yīng)用于民用家電之上，不僅運(yùn)行高效平穩(wěn)無(wú)噪音，而且實(shí)現(xiàn)無(wú)化學(xué)物質(zhì)制冷，單位能耗低，更加節(jié)能環(huán)保。海爾的磁制冷酒柜噪音將低于32db（分貝），而壓縮機(jī)制冷酒柜噪音高于36db。
海爾的專(zhuān)家表示，磁制冷技術(shù)是一項(xiàng)環(huán)境友好型技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體或任何破壞臭氧層的氣體，它代表了未來(lái)10年的制冷發(fā)展方向。美國(guó)普渡大學(xué)、德國(guó)研究中心、日本能率及中國(guó)TRIZ專(zhuān)家對(duì)此表示一致認(rèn)可。
綜上所述，節(jié)能減排和磁制冷技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)促進(jìn)磁制冷產(chǎn)業(yè)化加速。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，磁制冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈的影響就如當(dāng)年液晶電視取代傳統(tǒng)電視一樣，在液晶電視出現(xiàn)之前，索尼一直在傳統(tǒng)電子管電視行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，而當(dāng)液晶電視出現(xiàn)后，索尼開(kāi)始節(jié)節(jié)敗退，電子管電視則退出了歷史舞臺(tái)。同樣，磁制冷技術(shù)一旦產(chǎn)業(yè)化，必將引起制冷行業(yè)的重新洗牌。
從各企業(yè)磁制冷項(xiàng)目的推進(jìn)來(lái)看，包括GE在內(nèi)的大多數(shù)企業(yè)均采用類(lèi)似雙筒耦合磁制冷模塊，GE稱(chēng)其新型磁制冷冰箱最早于2022年上市；法國(guó)C公司采用旋轉(zhuǎn)盤(pán)式磁制冷模塊，目前宣傳已經(jīng)進(jìn)入制冷模塊產(chǎn)業(yè)化階段，但是國(guó)內(nèi)外同行均未見(jiàn)到樣機(jī)和具體性能參數(shù)。如果海爾的磁制冷產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目進(jìn)展順利，那么中國(guó)企業(yè)將掌握主導(dǎo)制冷行業(yè)新格局和產(chǎn)業(yè)鏈重組的難得機(jī)遇。