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余热制冷&磁制冷，让我好好认识一下你的真面目！

发布于：2023-07-27 11:00:27 来自：暖通空调/制冷技术 [复制转发]

本期小编分享一下余热制冷和磁制冷，感兴趣的一起来学习吧。

余热制冷

一、什么是余热制冷？

余热制冷是利用生产过程中的气体或废气、废液，以及某些动力机械排出的热量作能源，驱动压缩式或吸收式制冷机制冷的技术。

二、余热制冷原理是什么？

它是一种吸收式制冷。这种热能主要是低位热能，是靠消耗热能采作为补偿的。它用溴化锂作为工质的吸收式制冷。溴化锂溶液只是吸收剂，其中水才是真正的制冷剂，利用水在高真空下低沸点汽化，吸收热量达到制冷目的。

三、余热制冷分类

余热制冷方式较多，以汽车预热制冷技术为例：有喷射式，吸收式，混合式等方式。

1、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。

2、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。

四、余热制冷发展和应用

1 、韩国忠北大学提出的高低温双热电发生装置的余热回收系统，可提高燃油经济性 10% 以上。试验证明在室温 30 ℃的环境下， 4 cm × 4 cm Bi2Te3 热电模块高温端在 100 ℃～ 200 ℃时，能产生 6.7 V/3.39 A ； 1.44 ～ 5.68 W 的电能。在改善燃油经济性和混合动力汽车的研究方面发挥了巨大的潜力。

2 ）、 Ford 汽车公司利用发动机废气余热发电技术设计了暖通空调系统（ HVAC ）来改善轻型车的舒适性，提高了能源的利用效率。该系统的能源利用系数设定在制冷系统 cop>1.3, 热泵系统 cop>2.3, 并且优化了热点转化材料的转换优值 ZT, 提高了热点转换效率。

五、余热制冷应用前景和方向

目前，吸收式 / 余热制冷正在向着小型化、高效化的方向发展，各国对吸收式技术的开发研究主要集中在联合循环、余热利用、吸收式热泵、吸收和发生过程的机理研究、换热结构和换热表面、界面活性剂及缓蚀剂、机组优化设计及经济性分析、系统的特性仿真等方面。吸收式制冷已经成为制冷技术的主要发展方向之一，有着非常广阔的前景。

磁制冷

一、什么是磁制冷？

磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应的制冷。磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量。磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料。

图1简要说明了磁热效应的原理：

电子有自旋磁矩和轨道磁矩，使得材料的原子带有磁矩。

具体过程为：

不加磁场时，磁性材料内部磁矩的取向是杂乱无序的，此时材料的磁熵较大；施加磁场后，磁性材料被磁化，磁矩沿磁场方向排列，由无序变为有序，材料的磁熵减小，向外界放热；移除磁场时，磁性材料退磁，其磁矩又趋于无序，磁熵增大，从外界吸热，从而达到制冷目的。

我们看一个视频，详细了解以下磁制冷的基本制冷原理：

二、磁制冷基本优势

1 、无环境污染。

由于工质本身为固体材料以及可用水来作为传热介质，消除了因使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的缺陷；

2、高效节能。

磁制冷的效率可达到卡诺循环的 30%~60% ，而气体压缩制冷一般仅为 5%~10% ，节能优势显著；

3、易于小型化。

由于磁工质是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化；

4、稳定可靠。
由于无需压缩机，运动部件少且转速缓慢，大幅降低振动与噪声，可靠性高，寿命长，便于维修。

5、其应用范围广。

从μ K 、 m K 直到室温以上均适用；在低温（制取液氮、液氦、液氢）领域和高温（特别是近室温）领域都有广泛应用前景；

三、磁制冷研究现状

2001 年美国宇航公司 (AstronauticsCooperation of America) 联合 Ames 实验室开发成功了采用永磁体提供磁场的回转式磁制冷机 , 成为第一台室温磁制冷的制冷机。当前，低温区（ 20 K 以下）磁制冷的研究已比较成熟并实用化。高温区磁制冷还处于试验研究开发阶段，目前 80 K 至室温的磁制冷技术是研究的热点。

研究出低成本且具有巨磁卡效应的材料以及利用 NdFeB 等永磁体产生外场（不用结构复杂而昂贵的超导磁体）是室温磁制冷关键。

四、磁制冷面临的主要困难

1 、每次磁制冷循环所产生的温差还不够大，只有 1 ～ 3 K ，磁性材料磁熵太小；

2 、热交换速度不够快，使制冷周期延长，整个循环效率下降；

3 、室温条件下，不利用超导技术，仍利用电磁铁或稀土永磁材料产生磁场，则两磁极面总存在空气隙，进入磁场的磁制冷材料有限，这要求有绝热效果好的隔热层。

五、磁制冷应用前景

磁制冷技术在医药、生物、储藏、电力电子等行业领域具有重要应用前景。典型的应用案例是磁制冷技术可以实现半导体热电堆热端的散热，如图2所示。半导体热电堆的热端所散发的热量对环管中的局部磁性液体进行加热，在环管中形成热磁循环。流出热端的磁性液体再向周围空气散热，通过磁液的循环流动实现对半导体热电堆热端的散热，有效地提高半导体制冷器的制冷系数。不仅如此，该磁制冷装置还可以作为冷藏器和空调器，应用于家庭、宾馆、车辆、潜艇、航天器，也可应用于生物组织及医药的冷藏、半导体电子设备的冷却以及热电恒温控制器等。

图2 半导体热电堆散热装置原理

此外，磁制冷技术也可应用于高效节能长寿命LED路灯的研发。图3是LED路灯制冷散热和恒温系统示意图。该系统在散热器上面设置气液转化空心腔，并将LED灯珠与其对应的磁工质分别安装在气液转化空心腔两侧的平面上，其中磁工质设有励磁装置。当工作温度超过70℃时，励磁装置对磁工质进行磁制冷工作达到散热的目的。当工作温度低于50℃时，励磁装置停止工作，而当工作温度低于LED抗冷极限时，励磁装置对磁工质进行不间歇等温励磁，又可以达到散热器恒温工作的目的。