近期,包頭稀土研究院“復合式永磁室溫磁制冷機的研制”項目榮獲內蒙古自治區科學技術進步一等獎。磁制冷項目組成立于1999年,主要從事室溫磁制冷機、磁制冷機用磁場系統及稀土基室溫磁制冷材料的研究開發工作。
包頭稀土研究院室溫磁制冷機已歷經了四代的研發,即磁液體制冷機,往復式永磁磁制冷機,旋轉式永磁磁制冷機,復合式永磁室溫磁制冷機的研發。第四代復合式永磁室溫磁制冷機是在往復式磁制冷機和旋轉式磁制冷機的基礎上開發的。往復式室溫磁制冷機因其循環頻率受原理限制,無法達到更高的制冷效率。而旋轉式室溫磁制冷機雖然能夠達到很高的頻率,但是其熱交換系統復雜,故障率高。為了避免這些缺點,第四代復合式制冷機利用雙旋轉永磁磁場系統來代替上述兩類室溫磁制冷機中常用的固定永磁磁場系統,而熱交換仍采用往復式,這樣既可以保證室溫磁制冷機的熱交換系統簡單可靠,又能夠使頻率大幅度提高。
目前,復合式室溫磁制冷機已實現一體化,可以搭載大于100L的制冷空間,最大制冷溫差26℃,冷端最低溫度可達-6.5℃,磁制冷機制冷功率的計算值為1000W,可將罐裝啤酒從25℃冷卻到5℃,可以滿足冷藏要求,初步具備實用性,該成果已達到國際先進水平。基于該復合式磁制冷機的研究成果,稀土研究院正在進行商業化磁制冷冷藏柜的小批量開發。同時稀土研究院也非常注重知識產權的保護,目前已獲得制冷機專利授權6項。磁制冷機未來的研發方向是向小型化、輕量化發展,以降低成本,使其更具優勢,滿足市場化要求。
磁制冷機的研發離不開磁制冷材料及磁場系統的研發,磁制冷材料是磁制冷研發的關鍵部分,而磁場系統則決定了磁制冷機的形式及尺寸。稀土院研發了Gd系及La(FeCoSi)13、LaCe(FeSi)13系磁制冷材料及球形顆粒、片狀、槽型等各類型磁工質,已能夠小批量生產,并為國內外提供了產品。同時,設計研制了各類型磁制冷機用磁場系統,磁場強度最大可達2.0T,為美國、荷蘭、西班牙、巴西、德國、韓國等國家及國內提供了產品。磁制冷項目的研發對擴大NdFeB應用領域、Le、Ce、Gd等稀土資源的綜合利用、推動稀土產業的平衡和可持續發展具有重要的意義。