Успешные испытания магнитного холодильника. Разработки Лаборатории Эймса расширяют горизонты новой технологии охлаждения.
Впервые в мире успешно испытан магнитный холодильник, работающий при комнатной температуре, в котором используется постоянный магнит, а также материалы, разработанные в Лаборатории Эймса, входящей в министерство энергетики США. Холодильник был разработан в исследовательском центре Космической Корпорации Америки в Милуоки (шт. Висконсин) в ходе выполнения совместных исследований с Лабораторией Эймса.
Вместо вредных для озонового слоя хладагентов и компрессоров, характеризующихся значительным потреблением энергии, в холодильнике используется металл гадолиний, нагревающийся при намагничивании внешним магнитным полем и охлаждающийся при снятия поля.
Говоря об этом революционном достижении, профессор Карл Гшнайднер из Лаборатории Эймса отметил: "Мы являемся свидетелями исторического события в развитии техники. В демонстрировавшихся ранее магнитных холодильных устройствах использовались большие сверхпроводящие магниты, но в этом новом магнитном холодильнике впервые применен постоянный магнит, не требующий охлаждения".
Первый раз новый магнитный холодильник был испытан в сентябре в исследовательском центре Космической корпорации Америки в Милуоки, а в настоящее время проводятся его дополнительные испытания с целью достичь большего интервала рабочих температур, достаточного для применения данного устройства в качестве домашнего холодильника, воздушного кондиционера, устройства для охлаждения жидких продуктов и электронной аппаратуры.
В соответствии с сообщением Карла Гшнайднера, являющегося также профессором на факультете наук о материалах и инжиниринга в Университете штата Айова, в испытанном магнитном холодильнике используется вращающаяся конструкция. Она состоит из колеса, содержащего сегменты с порошком гадолиния, поставленного Лабораторией Эймса, а также мощного постоянного магнита.
Конструкция спроектирована таким образом, что колесо прокручивается через рабочий зазор магнита, в котором сконцентрировано магнитное поле. При вхождении сегмента с гадолинием в магнитное поле в гадолинии возникает магнитокалорический эффект - он нагревается. Это тепло отводится теплообменником, охлаждаемым водой. Когда гадолиний выходит из зоны магнитного поля, возникает магнитокалорический эффект противоположного знака и материал дополнительно охлаждается, охлаждая теплообменник с циркулирующим в нем вторым потоком воды. Этот поток собственно и используется для охлаждения холодильной камеры магнитного холодильника. Такое устройство является компактным и работает фактически бесшумно и без вибраций, что выгодно отличает его от использующихся сегодня холодильников с паро-газовым циклом.
"Постоянный магнит и рабочее тело в виде гадолиния не требуют подвода энергии, - говорит профессор Гшнайднер. Энергия необходима для вращения колеса и обеспечения работы водяных насосов".
Несмотря на то, что испытания показали, что технология уже работает, две последних разработки Лаборатории Эймса могут существенно расширить её возможности. Карл Гшнайднер и сотрудники Лаборатории Эймса Саша Печарская и Виталий Печарский разработали технологический процесс получения килограммовых количеств соединения Gd5(Si2Ge2) из коммерческих марок гадолиния. Это соединение обнаруживает гигантский магнитокалорический эффект, что дает надежду получить значительно лучшие характеристики магнитного охлаждающего устройства при использовании в качестве рабочего тела Gd5(Si2Ge2) вместо гадолиния.
Когда гигантский магнитокалорический эффект в соединении Gd5(Si2Ge2) был впервые обнаружен в 1996 году, технологический процесс его получения требовал высокочистого гадолиния и позволял получать только небольшие количества вещества - до 50 граммов. Применение коммерческого гадолиния вызывало значительное уменьшение магнитокалорического эффекта из-за присутствия большого количества примесей, в особенности углерода. В новом технологическом процессе этот вредный эффект преодолён, что даёт возможность использования значительно более дешевого коммерческого гадолиния при сохранении величины магнитокалорического эффекта на том же уровне, что и при применении высокочистого гадолиния.
Одновременно сотрудники Лаборатории Эймса Давид Джайлс и Сенг Джа Ли вместе с Карлом Гшнайднером и Виталием Печарским сконструировали постоянный магнит способный создавать сильное магнитное поле. Новый магнит создаёт поле в два раза большее, чем магнит в предшествующей конструкции магнитного холодильника, что является весьма важным, т.к. величина магнитного поля определяет такие параметры холодильника как эффективность и выходная мощность. На процесс получения соединения Gd5(Si2Ge2) и конструкцию постоянного магнита поданы заявки на патент.
"Всё это важные достижения, но необходимы дополнительные испытания, чтобы определить насколько они улучшают характеристики магнитного холодильника, - говорит профессор Гшнайднер. Прогресс в этой области происходит небольшими шагами и это всего лишь ещё один такой шаг. Однако надо сказать, что со времени открытия гигантского магнитокалорического эффекта в Gd5(Si2Ge2) проделан большой путь".
Данное исследование финансировалось в рамках программы министерства энергетики США, для которого работает Лаборатория Эймса. Лаборатория проводит исследования по разным направлениям, таким как энергетические ресурсы, разработка высокоскоростных компьютеров, очистка окружающей среды, а также получение и исследование новых материалов.
Для получения дополнительной информации обращайтесь:
Robert Herman, Astronautics Corporation of America, ph: 414-449-4248 или посетите веб-сайт
