据统计，全球总耗费动力中的49.3~51.5%终究都转化成为余热。其间，低于100℃的低温余热约占余热总量的65%，具有巨大的收回潜力。但传统的余热收回设备如热电(TEG)以及热释电设备(PEG)因为自身的技能缺陷无法有用的收回低温余热。而根据磁热效应的热磁发电技能(TMG)是一种新式的余热收回技能，受到了研讨人员的广泛重视。理论研讨标明，TMG的转化功率可高达卡诺功率的55%。因而，更适合于低温余热的收回。但是，在曩昔的几十年里，因为缺少适宜的热磁发电资料，TMG的实践开展十分缓慢。此外，磁路的规划、资料和器材参数的优化以及实践运转条件等要素也给理论与实践的转化带来了应战。

  北京科技大学的张虎课题组规划了一种用于低温余热收回的新式TMG。该设备奇妙的使用磁热资料作为小型磁路开关。这种规划不只完成了磁路中磁通量的回转，并且具有更简略的规划和更低的杂散磁场。然后有用提升了热磁发电设备的输出功率密度。最终，使用该TMG发生的电能成功地址亮了一个LED灯，有力地证明了其实用性。相关论文以题为“High-performance thermomagnetic generator controlled by a magnetocaloric switch”宣布在Nature Communications。

  研讨发现，磁路的拓扑结构并合作磁热开关可以使感应线圈中的磁通量在正、负最大值之间改变，与磁通量仅在零和最大值之间改变的传统TMG比较，输出功率提升了4倍。此外，经过模仿优化规划，具体研讨了TMG结构参数关于磁路功能的影响。经过优化结构参数，有实践效果的减少了磁路中杂散场的发生然后使磁路的功能提升了562%。与相同具有磁通量回转的pretzel-like拓扑比较，该TMG显示出更简略的规划和更低的杂散磁场。

  图2 热磁发电设备中磁路的模仿成果，(a, b) 两种不同状态下磁路的磁感应强度B散布状况；(c-g) 磁热开关的尺度以及线圈匝数对磁路功能的影响

  图3 (a-d) 磁路什物以及各个部件示意图；(e) TMG测验进程示意图；(f, g) TMG运转进程的红外图画；(h-m) TMG运转进程中的实测以及模仿数据

  图4非结构参数对TMG功能的影响，(a) 冷端温度；(b) 热端温度；(c) 循环周期

  根据优化后的磁路拓扑结构，本文搭建了TMG设备并测验了设备发生的感应电压。具体研讨了TMG非结构参数对功能的影响。最终，经过与其他余热收回设备作比照发现，该TMG发生的上限功率密度PDmax不只远高于文献中现已报导的TMG，并且也高于TEG和PEG。特别是单位温度下的上限功率密度PDmax/ΔT比文献中的TMG高2~3个数量级。如此高的TMG功能证明了使用磁热开关进行磁路拓扑规划的有用性。此外，本研讨也突出了TMG在低温余热收回中的使用潜力，并提出了一种TMG阵列来搜集低温余热供电的潜在使用场景。

  北京科技大学资料科学与工程学院硕士刘贤能为该论文的榜首作者，张虎为通讯作者。该研讨得到了国家自然科学基金和国家重点研制方案的赞助。

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