[论文解读] Regeneration tests of a room temperature magnetic refrigerator and heat pump

Gerald V. Brown, S. S. Papell|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2014

Advanced Thermodynamics and Statistical Mechanics参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究在7T磁场下，使用钆作为固体制冷剂、乙醇-水混合物作为液体再生器，测试了一款室温磁制冷机与热泵。系统实现了80 K的最大温差，最低温度为241 K，最高温度为328 K，分析表明尽管未提取外部冷却负载，仍产生了34瓦的制冷量。

ABSTRACT

A magnetic heat pump apparatus consisting of a solid magnetic refrigerant, gadolinium, and a liquid regenerator column of ethanol and water has been tested. Utilizing a 7T field, it produced a maximum temperature span of 80 K, and in separate tests, a lowest temperature of 241 K and a highest temperature of 328 K. Thermocouples, placed at intervals along the regenerator tube, permitted measurement of the temperature distribution in the regenerator fluid. No attempt was made to extract refrigeration from the device, but analysis of the temperature distributions shows that 34 watts of refrigeration was produced.

研究动机与目标

• 评估使用液体再生器在室温下磁制冷系统的性能。
• 测量再生器柱体沿轴向的温度分布，以评估热效率。
• 量化系统在未提取冷却负载情况下的制冷容量。
• 证明使用实际非理想系统配置的磁制冷的可行性。
• 为未来使用易得材料优化磁热泵系统提供数据支持。

提出的方法

• 在闭合回路系统中使用固体磁性制冷剂（钆），并施加7T外部磁场。
• 使用填充乙醇和水的液体再生器柱体，在磁热循环过程中实现热量传递。
• 在再生器管体上以固定间隔布置热电偶，测量轴向温度分布。
• 分别进行测试以实现系统中的最低和最高温度。
• 通过分析温度分布，估算在未从系统中提取冷却负载情况下的制冷容量。
• 通过磁质循环在钆中诱导磁热效应，实现热量泵送。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用液体再生器的室温磁制冷系统可实现的最大温差是多少？
• RQ2 再生器柱体沿轴向的温度分布如何反映循环过程中的热效率？
• RQ3 在未提取外部冷却负载的情况下，系统的估算制冷容量是多少？
• RQ4 乙醇-水混合物在磁制冷循环中作为再生流体的效能如何？
• RQ5 使用钆的实际磁制冷系统能否实现显著的温差和制冷潜力？

主要发现

• 系统在再生器中冷热端之间实现了最大80 K的温差。
• 在7T磁场下，记录到的最低温度为241 K，最高温度达到328 K。
• 再生器管体上的温度测量显示存在非均匀的热梯度，表明存在热传递限制。
• 对温度分布的分析表明，尽管未提取外部冷却负载，系统仍产生了34瓦的制冷容量。
• 结果表明，使用钆与液体再生器在室温下实现磁制冷系统具有可行性。
• 由于未提取外部负载，表明系统的制冷潜力巨大，可在优化配置中被有效利用。