科学家研发出一种磁热热泵，在成本、重量和性能上媲美传统系统，彻底消除了有害制冷剂的使用。通过优化材料和设计，该热泵实现了与传统系统相当的功率密度，为供暖和制冷领域提供了一种更绿色、高效的替代方案，这标志着人类向更可持续的温控技术迈出了重要一步。
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科学家研发出一种磁热热泵，在成本、重量和性能上媲美传统系统，消除了有害制冷剂的使用。通过优化材料和设计，该热泵实现了相当的功率密度，为供暖和制冷提供了一种更绿色、高效的替代方案。
美国能源部埃姆斯国家实验室的研究人员开发出一种磁热热泵，在重量、成本和性能方面可与传统蒸汽压缩热泵相媲美。一个多世纪以来，蒸汽压缩技术一直是供暖和制冷系统的基础，但它依赖于存在重大环境风险的制冷剂。这些制冷剂不仅加剧了全球碳排放，而且在泄漏时会释放对人类和生态系统都有害的化学物质。
磁热热泵通过消除制冷剂排放并以更高的能源效率运行，为供暖和制冷提供了一种极具前景的替代方案。然而，迄今为止，磁热设备在重量、成本和性能这三个关键领域一直难以与蒸汽压缩系统相匹敌。这一新进展标志着向更可持续的供暖和制冷技术迈出了重要一步。
研究团队负责人朱莉·斯劳特（Julie Slaughter）解释说，他们的研究从构建一台磁热热泵开始。“我们首先考察了现有的技术，以及现有的磁热设备在匹配压缩机方面达到了什么程度，”她说。“接下来，我们开发了一个基线设计，然后问自己：‘好吧，现在我们能将这项技术推进到什么程度？’”
磁热热泵的工作原理是改变施加在磁热材料上的磁场，同时泵送流体以传递热量。斯劳特解释说，这通常是通过永磁体来完成的。该设备的核心涉及使永磁体相对于磁热材料旋转，并使用导磁钢来约束磁场。这三个部件的排列方式在团队的预测中起着重要作用，因为他们研究了如何提高热泵的功率密度。
推进材料使用与效率提升
研究的另一部分涉及评估这些热泵中最常用的两种磁热材料：钆和基于镧-铁-硅-氢的材料。
“在我们的基线设备中，我们使用单一材料钆来保持简单。镧-铁-硅材料比钆具有更高的功率能力。因此，这自然会提高功率密度。只是它们不那么容易获得，并且需要在一个设备中使用多种材料才能获得良好的性能，”斯劳特说。“在我们的评估中，我们包含了针对功率密度最高的设备的镧铁硅（LaFeSi）性能估算。”
斯劳特的团队专注于更高效地利用空间和材料，并减少泵高效运行所需的永磁材料和导磁钢的用量。这些努力有助于使核心系统部件的重量与当今可用的压缩机相匹配。
“我们能够证明，我们的功率密度与当今市面上的一些压缩机具有竞争力，”斯劳特说。“永磁体和导磁钢占据了大部分质量，而不是昂贵的磁热材料，这对降低成本非常有利。我们假设，如果设备的重量大致相同，那么在大规模生产中成本也会大致相同。”
资讯来源
- scitechdaily.com (2024-12-17)
- 原文： 告别制冷剂，拥抱磁铁：科学家开发出更清洁、更环保的热泵
- https://scitechdaily.com/goodbye-refrigerants-hello-magnets-scientists-develop-cleaner-greener-heat-pump/