科学家们开发出了一种新型磁致热热泵，它在成本、重量和性能方面均可与传统系统媲美，而且无需使用对环境和健康有害的制冷剂。 通过优化材料和设计，该泵实现了相当的功率密度，为供暖和制冷提供了一种更环保、更高效的替代方案。
基线模型，切出一个楔形部分以显示内部结构。 资料来源：美国能源部艾姆斯国家实验室
美国能源部艾姆斯国家实验室（U.S. Department of Energy's Ames National Laboratory）的研究人员开发出一种磁致热热泵，在重量、成本和性能方面可与传统的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热和制冷系统的基础，但它所依赖的制冷剂会对环境造成严重危害。 这些制冷剂会造成全球碳排放，一旦泄漏，会释放出对人类和生态系统有害的化学物质。
磁致热热泵消除了制冷剂的排放，并以更高的能效运行，为供热和制冷提供了一种前景广阔的替代方案。 然而，到目前为止，磁致发热设备在重量、成本和性能这三个关键方面都难以与蒸汽压缩系统相媲美。 这项新进展标志着我们向更可持续的加热和冷却技术迈出了重要一步。
研究小组负责人朱莉-斯劳特（Julie Slaughter）解释说，他们的研究是从制造磁致热热泵开始的。磁致热热泵的工作原理是，在泵送流体带走热量的同时，改变施加在磁致材料上的磁场。 她解释说，这通常是通过永久磁铁实现的。 该装置的核心是使永久磁铁相对于磁性材料旋转，并使用磁性钢来保持磁场。 在研究如何提高热泵功率密度的过程中，这三个部分的布置在研究小组的预测中发挥了重要作用。
调查的另一部分涉及评估这些热泵中最常用的两种磁致性材料。 钆和镧硅氢基材料。
"在基线装置中，我们使用了单一的钆材料使其保持简单。 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，而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，我们包括了对功率密度最高设备的 LaFeSi 性能的估计"。
研究团队的工作重点是更有效地利用空间和材料，减少泵高效运行所需的永磁材料和磁性钢材的用量。 这些努力有助于使核心系统部件的重量与当今的压缩机相当。
斯劳特说："我们能够证明，我们在功率密度方面与当今的一些压缩机相比具有竞争力。永久磁铁和磁性钢构成了大部分质量，而不是昂贵的磁性材料，这对经济性非常有帮助。 我们假设，如果一个设备的重量差不多，量产时的成本也会差不多。"
编译自/ScitechDaily