唐永柏 等：室温磁制冷高场强永磁磁路 - 磁热效应是指磁致冷材料.pdf

唐永柏 等：室温磁制冷高场强永磁磁路 793 室温磁制冷高场强永磁磁路 ∗ 1 1 1 2 2 1 1 唐永柏 ，陈云贵 ，向志刚 ，张 明 ，王敬东 ，李焕杏 ，涂铭旌 (1. 四川大学 金属材料系, 四川 成都 610065 ；2. 西南应用磁学研究所, 四川 绵阳 621000) 摘 要：在中空圆柱型磁场源 （hollow cylindrical flux 0～7T 和0～5T 的磁场中，其磁场由液氦浸泡的超导 source ）的基础上，设计并制作出用于室温磁制冷机 磁体提供，最后实现的制冷温跨分别为80K 、38K ； （往复式和旋转式）的高场强永磁磁路，在磁路工作 制冷功率分别为6W、600W 。但很显然在家用的磁制 气隙为20mm 时，工作气隙中心的场强的计算值及实 冷机上使用超导磁体是不现实的，而简单的永磁磁路 测值均高于1.5T。 设计不能满足室温磁制冷机所需的场强，如Bohigas[6] 关键词：磁热效应；室温磁制冷；永磁磁路 在一旋转式室温磁制冷样机中，利用NdFeB 永磁体 中图分类号：TM 144 文献标识码：A 互相平行放置，在磁体间隙间产生 0.3T 的场强，只 文章编号：1001-9731 （2004 ）增刊 得到了 1.6K 的制冷温跨。因而，在室温磁制冷中设 计出能产生高场强（普遍认为要高于 1.5T ）的永磁磁 1 引 言 路是很重要的。 磁热效应是指磁致冷材料 （磁工质）在变化的外 2 中空圆柱形磁场源 磁场中表现出的磁工质本身的熵变和温变的一种物 理现象[1] 。表征磁致冷材料磁热性能的重要参数是材 在室温磁制冷中，简单的永磁磁路设计方法就 料的等温磁熵变 （ 是把两块永磁材料互相平行地对放，形成磁体的两 △SM ）和绝热温度变化（△Tad ）， 其热力学表示式为[2,3] 极[6] 。在两极的间隙之间产生一定的磁场，磁工质进 H ∂M  （1） 出磁场，进行磁化、退磁。但这种方式所提供的场强 ∆SM ∫∂T  dH 远不能满足室温磁制冷的需求。为了提高场强，人们 0 H H 又使用高磁导率的软磁材料贴在永磁体的两端，形成 T ∂M  （2 ） ∆Tad ∫−C  ∂T  dH 有磁轭的磁体回路[7] 。但产生的场强要超过永磁材料 0 H H 的剩磁仍很困难。 其中M 为磁化强度，H 为外磁场强度，CH 为一定磁 H.A.Leupold[8~13] 等人应用永磁块排列成一中空 场强度下的材料比热。通常磁致冷材料在其居里温度 圆柱形磁场源，在圆柱孔内 （气隙）所产生的场强超 Tc 附近具有较大的磁热效应。