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一,、引言
臭氧層是指距地球表面10至50公里的大氣層中由臭氧構(gòu)成的氣層。臭氧是一種氣體,，其分子結(jié)構(gòu)為三個氧原子,，即O3。臭氧層的主要功能在于吸收來自宇宙的紫外線,，使地球上的萬物免受紫外線輻射的危害,，所以，臭氧層被稱之為地球的保護(hù)傘,。但如今,，臭氧層已被人類嚴(yán)重破壞，本世紀(jì)開始人類大量使用高度穩(wěn)定的合成化合物,，如空調(diào)器,、冰箱工業(yè)、溶劑,、航空航天用制冷劑,、噴霧劑、清洗劑中含氯氟烴化合的揮發(fā)出來,，通過復(fù)雜的物理化學(xué)過程與臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而將其摧毀,。
為了防止生產(chǎn)和使用氟氯碳類化合物造成的大氣臭氧層的破壞，到2000年全世界將限制和禁止使用氟里昂制冷劑,，我國于1991年6月加入這個國際公約并做出規(guī)定,，到2010年我國將禁止生產(chǎn)和使用氟里昂等氯氟烴和氫氯氟烴類化合物,。
因此，需要加快研究開發(fā)無害的新型制冷劑或不使用氟里昂制冷劑的其它類型制冷技術(shù),。
本世紀(jì)二十年代末,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了磁性物質(zhì)在磁場作用下溫度升高的現(xiàn)象，即磁熱效應(yīng),。隨后許多科學(xué)家和工程師對具有磁熱效應(yīng)的材料,、磁制冷技術(shù)及裝置進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作。
二,、磁制冷原理及特點(diǎn)[1]
?、糯胖评渚褪抢么艧嵝?yīng)，又稱磁卡效應(yīng)（Magneto－CaloricEffect,，MCE）的制冷,。磁熱效應(yīng)是指磁制冷工質(zhì)在等溫磁化時向外界放出熱量，而絕熱去磁時溫度降低,，從外界吸收熱量的現(xiàn)象,。
例如對于鐵磁性材料來說，磁熱效應(yīng)在它的居里溫度（磁有序－無序轉(zhuǎn)變的溫度）附近最為顯著,，當(dāng)作用有外磁場時,，該材料的磁熵值降低并放出熱量；反之,，當(dāng)去除外磁場時,，材料的磁熵值升高并吸收熱量,，這和氣體的壓縮－膨脹過程中所引起的放熱－吸熱的現(xiàn)象相似,。
磁熱效應(yīng)熱力學(xué)基礎(chǔ)[2]
所示：當(dāng)磁性材料磁化時，dH為正值,，△Tad>0,，所以系統(tǒng)溫度升高；同樣,，當(dāng)磁性材料去磁時,，dH<0，△Tad>0,，所以系統(tǒng)的溫度降低,。
⑵磁制冷是一項(xiàng)綠色環(huán)保的制冷技術(shù),。與傳統(tǒng)制冷相比,，磁制冷是采用磁性物質(zhì)作為制冷工質(zhì)，對大氣臭氧層無破壞作用,，無室溫效應(yīng),，單位制冷率高,，能耗、運(yùn)動部件少,，因此機(jī)械振動及噪聲小,，工作頻率低，可靠性高,。在熱效率方面,，磁制冷可以達(dá)到卡諾循環(huán)的30％～60%，而依靠氣體壓縮－膨脹的制冷循環(huán)一般只能達(dá)到5％～10％,。磁制冷應(yīng)用范圍廣泛,，從μK、mK及到室溫以上均適用,。在低溫領(lǐng)域,，磁制冷技術(shù)在制取液氮、液氦,、尤其是綠色能源液氫方面有較好的應(yīng)用前景,；在高溫特別是近室溫領(lǐng)域，磁制冷在冰箱,、空調(diào)及超市食品冷凍系統(tǒng)方面有廣闊的應(yīng)用前景,。
三、磁制冷的應(yīng)用
目前,，磁制冷主要應(yīng)用在極地溫和液化氦等小規(guī)模的裝置中,。雖然諸多原因的限制使磁制冷基礎(chǔ)理論尚未成熟，但磁制冷終將因其高效,、無污染等特點(diǎn)成為未來頗具潛力的一種新的制冷方式,，而對磁制冷循環(huán)理論的拓深必能大力推進(jìn)磁制冷技術(shù)在太空開發(fā)和民用技術(shù)中的應(yīng)用，為磁制冷開辟更加廣闊的前景,。
此外,，磁制冷冰箱已研制成功
根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，電冰箱和空調(diào)裝置使用的制冷劑——氟利昂會污染環(huán)境,，而用磁制冷原理制作的冰箱這不僅不會破壞環(huán)境,，而且效率要比用氟利昂制冷高40%，其成本低25%,。
另外,，磁制冷在空間和核技術(shù)等國防領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景：在這個領(lǐng)域里要求冷源設(shè)備的重量輕、振動和噪音小,、操作方便,、可靠性高、工作周期長、工作溫度和冷量范圍廣,。磁制冷機(jī)完全符合這些條件,，例如冷凍激光打靶的氘丸，核聚變的氘和氚丸,，紅外元件的冷卻,，磁窗系統(tǒng)的冷卻，掃雷艇超導(dǎo)磁體的冷卻等,。
四,、磁制冷的歷史與發(fā)展
早在1881年，E．Warburg就在鐵中發(fā)現(xiàn)了磁熱效應(yīng),。后來,，1907年P．Langevin也注意到了恒磁體絕熱去磁過程中，其溫度會降低,。1926年Debye和Giauque都預(yù)言了可以用磁熱效應(yīng)制冷,。隨后Giauque和MacDougall于1933年用Gd2（SO4）3．8H2O作為介質(zhì)進(jìn)行了絕熱退磁的首次試驗(yàn)，達(dá)到了0．53～0．1K超低溫,。從此,，在超低溫范圍內(nèi)，磁制冷發(fā)揮了很大的作用,，一直到現(xiàn)在這種超低溫磁制冷技術(shù)已經(jīng)很成熟,。
隨著磁制冷技術(shù)的迅速發(fā)展，其研究工作也逐步從低溫向高溫發(fā)展,。1976年,，美國NASALewis和G．V．Brown首先采用金屬Gd為磁制冷介質(zhì)，采用Stiring循環(huán),，在7T磁場下進(jìn)行了室溫磁制冷試驗(yàn),，開創(chuàng)了室溫磁制冷的新紀(jì)元。美國LosAlamos實(shí)驗(yàn)室的W．A．Steyert等[4]設(shè)計(jì)了一個回轉(zhuǎn)式的磁制冷裝置,，采用Brayton循環(huán),，當(dāng)高低磁場差為1．2T,、冷熱端溫差為7K時獲得了500W的制冷功率,。1996年12月宇航公司的工程師CarlZimm[5]研制的室溫磁制冷樣機(jī)取得了突破性進(jìn)展。他們采用3kg稀上金屬作為磁工質(zhì),，以水（加防凍劑）作為傳熱介質(zhì),，以NbTi超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁化場，建立了一套室溫的磁制冷樣機(jī)（原理機(jī)）系統(tǒng),。該機(jī)設(shè)計(jì)較為完美,，在磁制冷循環(huán)過程中能量損失很小，制冷效率很高（實(shí)際效率可達(dá)卡諾循環(huán)的30%）,。
但是由于磁制冷技術(shù)尚處在不斷完善的過程中,，還有很多問題需要解決,，主要有：
⑴每次磁制冷循環(huán)所產(chǎn)生的溫差還不夠大,，目前還只有1～3K,，這主要是由于磁場不夠強(qiáng)，也就是說磁性材料的磁熵還不夠大,。
?、拼胖评溥^程中的熱交換速度不夠快，從而使磁制冷周期延長,，也使整個循環(huán)的熱效率下降,。
⑶在室溫條件下,，若不利用超導(dǎo)技術(shù),，仍利用電磁鐵或稀土永磁材料產(chǎn)生磁場，則在兩磁極面總存在空氣隙,，因此進(jìn)入磁場的磁制冷材料有限,，這就應(yīng)有絕熱效果好的隔熱層，這也是一個技術(shù)難題,。
所以在今后磁制冷技術(shù)發(fā)展中應(yīng)在以下幾個方面有所突破和創(chuàng)新：
?、糯艌龇治觯朋w結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)更完善和合理,；
?、漆槍ο鄳?yīng)的溫區(qū)選擇換熱介質(zhì)，設(shè)計(jì)出最佳的熱開關(guān)或換熱回路,，提高換熱效率,；
⑶磁制冷材料的研制,，通過改進(jìn)工藝和材料重組制備性能更優(yōu)越的材料,。
可以預(yù)見在不久的將來，磁制冷技術(shù)會以其自身的許多優(yōu)勢迅速發(fā)展起來,，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè),。
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