卡路里效应材料在固态热泵中的应用

自1987年《蒙特利尔议定书》发布以来，改变制冷和空调的工作方式一直是近年来的热门话题。人们急切需要相应对策用以缓解由于使用空调制冷而导致的对臭氧消耗和随之而来的全球变暖的现实。

“卡路里冷却”（Caloric Cooling）是利用固体材料进行制冷、供暖通风和空调（HVAC）的技术，它的原理是基于作为制冷介质的“卡路里固态材料”的不同的热物理效应（机械热，电热和磁热效应）。这一技术的优点是不会使用对环境有害并导致全球变暖的温室气体。它可以在噪音很小的情况下运行，并且其系统组件有回收的潜力。“卡路里冷却”有可能最终成为传统蒸气压缩制冷的真正替代品。

“卡路里热泵（Caloric heat pump）”研究的目标是基于活性“卡路里”再生（ACR：Active Caloric Regenerative）热泵循环，该循环是基于布雷顿循环（Brayton-based cycle），其中“卡路里”固体材料既充当制冷剂又充当热泵系统的再生器。系统的四个循环过程如图所示。

如图所示，ACR系统通过从较冷的外部环境提取热量，然后将热量通过系统传送到室内。从在ACR再生器中施加外场Y并将其保持在最大值（Y1）的条件开始，图a可以看到其绝热场减弱，直到达到最小值（Y0）。因此，“卡路里”固体材料表现出其独特的热物理效应，材料温度会降低。然后，辅助流体从较热的热交换器（HHEX）流向较冷的热交换器（CHEX），穿过再生器并对其进行加热（图b）。在绝热条件下外场从Y0增加到Y1（图c），由于材料的热物理效应，蓄热器进一步发热。因此，通过再生器，较冷的热交换器（CHEX）转换成较热的热交换器（HHEX），在HHEX处流体被加热（图d），从而建立所需要的ACR循环。……