World record: Fraunhofer IPM建造的磁熱冷卻系統是第一個實現功率密度為12.5瓦/克磁熱材料的系統，這是通往可銷售的磁熱冷卻系統道路上的里程碑。(圖片來源:©Fraunhofer IPM)
原標題：Vacuumschmelze和Fraunhofer IPM研究所將於2023年推出一種新的磁熱制冷機
產業前沿編譯
在新一代的冷卻技術中，磁熱系統是一種很有前途的新方法，它不需要破壞氣候的冷卻劑。憑藉傳熱的創新概念，Fraunhofer IPM的研究人員與Vacuumschmelze GmbH & Co. KG（Vacuumschmelze/VAC）等工業夥伴一起，已經能夠顯著提高磁熱冷卻系統的效率。與Fraunhofer IPM研究所和其他合作夥伴的合作始於2017年的MagMed項目，目的是將可持續和節能的冷卻技術應用到系列生產中。Fraunhofer IPM研究所現在在提高磁熱冷卻系統的性能方面取得了突破。
熱量冷卻系統不依賴有害的冷卻劑，如氫氟碳化合物(HFCs)。這使得固態水泵成為壓縮機技術的一個有希望的替代方案，而壓縮機技術是目前幾乎所有冷卻系統的標準。當談到理論上的最大效率水平時，熱電系統也遠遠優於壓縮機。在磁熱系統中，用磁化加熱磁熱材料。對於它的系統，Fraunhofer IPM使用了一種鑭鐵矽合金，這種合金在室溫下是磁熱的。這種磁熱材料是由Vacuumschmelze GmbH & Co. KG公司開發的，可以在工業規模上經濟有效地生產。產生的熱量通過散熱器散熱。一旦磁場被移除，材料冷卻到低於初始溫度，並能夠從熱源吸收熱能。這種加熱和冷卻的循環產生了冷卻效果。
採用熱管高效傳熱
目前的磁熱冷卻系統功率密度較低的主要原因與傳熱有關。「散熱是磁熱冷卻系統效率的一個關鍵因素，」該項目負責人Kilian Bartholomé博士說。「我們的冷卻概念是基於熱管，它通過流體(在我們的例子中是水)的蒸發和凝結工作。當水從液態變為氣態時，它會吸收大量的能量，我們利用這種效應來非常有效地轉移能量。」
到目前為止，磁熱冷卻系統是根據主動磁再生(AMR)原理，通過小顆粒泵送液體來傳遞熱量。由於傳熱相當低，這種方法只工作到一定的循環頻率；超過這一點，就會出現相當大的壓力損失，這將對系統的效率產生不利影響。Fraunhofer IPM公司的專利概念使用了熱管中的潛熱傳遞:這是一個過程，流體在密封管道的暖側蒸發，冷凝在管道的冷側，即散熱器，從而實現熱量的傳遞。根據熱敏二極體的原理，逐個激活各個熱段並散熱。「使用這種系統方法，我們能夠實現更高的周期頻率，遠遠超過當前系統的可比功率密度，」Bartholomé說。「磁熱材料的頻率為12.5瓦/克，我們是世界領先的。」
考慮到採暖、通風和空調(HVAC)市場的增長，創新技術的需求非常大。該項目聯盟首先專注於對可靠性要求極高的醫療技術市場。後續項目於9月啟動，與冷卻技術製造商Philipp Kirsch GmbH、Vacuumschmelze GmbH & Co. KG和GSI技術公司密切合作，建造了一個實驗室演示冰箱。此次大流行再次表明，可靠的冷卻技術對於醫療技術(例如疫苗接種物流)是多麼重要。
磁熱冷卻系統的優點是它們不需要環境有害或爆炸性製冷劑，如氯氟烴(含氯氟烴)或丁烷。節能、靜音，是未來替代傳統壓縮機技術的首選。在實驗室實驗中，現在已經有可能證明每克材料的功率密度為12.5瓦。這是前所未有的價值。
以微通道再生器(MCR)的形式提供磁熱材料，這是VAC向系列生產準備發展，在這方面起著至關重要的作用。與以前的製造工藝相反，MCR是使用箔鑄造工藝生產的。這使得具有成本效益，可靠的生產在工業規模。CALORIVAC的不同合金變體能夠在較寬的溫度範圍內應用。
永磁體特殊任務產品管理主管Alexander Barcza說:「我們很自豪能以CALORIVAC mcr為製冷技術革命做出貢獻。」「我們很高興看到我們的項目合作夥伴製造的演示冰箱將帶來的結果。畢竟，我們想在2023年為VAC 100周年推出一款磁熱冰箱。」