Экспериментальная холодильная система использует магнитные поля и сплавы, меняющие свою форму

Экспериментальная холодильная система использует магнитные поля и сплавы, меняющие свою форму

Помимо функций применяемых в сенсорных экранах и холодильных камерах, технология базового холодильника не изменилась за последние десятилетия. Холодильники все еще охлаждают ваше молоко с помощью химических хладагентов и компрессоров, а также являются причиной увеличения суммы потраченных вами средств за электроэнергию.

Теперь исследователи из Европы показали многообещающие результаты экспериментальной системы охлаждения, в которой используются магнитные поля и сплавы с изменением формы.

Магнитные системы охлаждения работают, используя магнитокалорический эффект, что в основном означает, что некоторые материалы будут изменять температуру при воздействии магнитного поля. Технология существует почти так же давно, как и обычные холодильники, но никогда не применялась, поскольку сложность устройства может разрушить энергоэффективность. Проблема часто заключается в использовании сверхпроводящих магнитов, которые требуют собственной системы охлаждения.

Чтобы обойти эту проблему, исследователи из Технического университета Дармштадт и Гельмгольц-Зентрум Дрезден-Россендорф (HZDR) в Германии использовали уникальное сочетание магнитов и специальных сплавов. Магниты содержат редкоземельный металлический неодим, а также железо и бор. Сплав представляет собой смесь никеля, марганца и индия.

Эта комбинация является ключом к тому, чтобы сделать систему практичной. Эти магниты являются самыми сильными постоянными магнитами, которые в настоящее время известны, способными генерировать магнитные поля в 40 000 раз сильнее, чем у Земли. Этот конкретный сплав, тем временем, будет охлаждаться при воздействии магнитного поля и, кроме того, он может вернуться к своей первоначальной форме после деформирования.

Используя эту комбинацию, исследователи проекта разработали шестиступенчатый цикл охлаждения. Во-первых, охлаждающий элемент (сплав) подвергается воздействию магнитного поля – всего миллисекунды достаточно, чтобы он стал намагниченным и охлаждался. Затем сплав удаляется из магнитного поля, а радиатор охлаждает все необходимое. Когда сплав нагревается, он останется намагниченным. Затем сплав сжимается роликом, что заставляет его переключаться на другие формы, чтобы стать плотнее, потерять свой магнетизм и нагреться. Когда валик удаляется, сплав возвращается к своей первоначальной форме, когда он возвращается к своей обычной температуре, готовясь к началу цикла.

Проект создан главным образом с технико-экономическим обоснованием, чтобы продемонстрировать, как сплавы с памятью формы могут помочь уменьшить количество постоянных магнитов, необходимых для такого рода установок. По словам команды исследователей, эти магниты являются самой дорогой частью.

«Мы смогли показать, что сплавы с памятью формы очень подходят для циклов охлаждения», – говорит Оливер Гутфлейш, автор исследования. «Нам нужно гораздо меньше неодимовых магнитов, но тем не менее они могут создавать более сильные поля и, соответственно, больший эффект охлаждения».

Команда планирует построить демонстрационную единицу к 2022 году, чтобы лучше понять, насколько хорошо система может охлаждать вещи, а также насколько она эффективна в энергоэффективности.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Materials.

Написать комментарий