设计新型3D打印节能制冷系统

寂静回声

美国能源部艾姆斯实验室的研究人员在制冷领域取得了新的突破，而3D打印是其中的重要组成部分。研究人员利用这项技术设计和建造了一个新的先进模型系统，该系统成功地使用了极少量的磁热材料来实现制冷级冷却。这为开发更高能效的固态冷却系统指明了方向，以取代目前最常用的过时气体压缩制冷。


该系统被称为CaloriSMART（小型模块化先进研究级测试台），专门设计用于快速评估再生器中的材料。它的目的是大大缩短制造时间。为了测试该系统，研究人员将钆样品应用于顺序磁场。这导致样品在加热和冷却之间交替。在这些加热和冷却循环期间，使用精确计时的泵来循环水，系统表现出约10瓦的持续冷却功率，冷热端之间的15摄氏度（略低于30℉）梯度仅使用约3立方厘米的钆。
CaloriCool项目总监兼艾姆斯实验室科学家Vitalij Pecharsky表示：“尽管预测我们会因为预期的低效率和损失而失败，但我们一直相信它会起作用，但我们对它的工作效果感到惊喜，这是一个了不起的系统，它的表现非常出色，近20年来室温附近的磁制冷已经有了广泛的研究，但这是已经开发出来的最好的系统之一。“

系统的设计和建造总共花费了大约5个月的时间。 3D打印使团队能够定制构建歧管。这是保持样品系统的一部分，并循环实际利用系统冷却能力的流体。该系统的其他部分包括定制的钕铁硼磁体，为样品提供集中的1.4特斯拉磁场，以及一个精确的在线泵送系统，使流体循环。“我们构思和制造CaloriSMART的主要原因是加速卡路里材料的设计和开发，因此与现在通常需要20年左右的时间相比，它们可以推进制造领域至少两到三倍的时间”。
在他们用磁热材料进行的成功测试之后，该团队打算升级系统以与其他类型的材料一起工作。与电热材料一样，弹性材料可以在受到周期性拉伸或压缩时可逆地加热和冷却。将所有这三种类型的材料与一个系统兼容将是首要的，并且将以仅能帮助未来的制冷项目的方式简化这种研究。对于这种环保，节能的制冷工艺来说，未来看起来很光明，该团队认为这种工艺对于大规模制造来说是可扩展的，从而使不久之后就能在市场上推广。