Магнитный кондиционер

Кондиционеры, холодильники и морозильники спасают нас от жары, а продукты от порчи, но они потребляют много энергии — в США до трети всего потребления электроэнергии в жилом секторе. Радикально новая технология, основанная на использовании магнитов, может резко снизить расходы.

В большинстве серийных охлаждающих устройств используется периодическое сжатие и расширение газа или жидкости в замкнутом цикле. Циркулирующий хладагент отбирает тепло из помещения или от охлаждаемого объекта. Однако компрессоры потребляют много энергии. А наиболее часто используемые хладагенты при попадании в атмосферу создают в 1 тыс. раз более сильный парниковый эффект в расчете на одну молекулу, чем углекислый газ.

Исследователи из компании «Astronautics Corporation of America» в Милуоки разрабатывают охлаждающее устройство, основанное на использовании магнитов и не требующее компрессоров. Все магнитные материалы при воздействии магнитного поля немного нагреваются, а при удалении поля охлаждаются. Этот эффект известен под названием магнитокалорического. Атомы запасают энергию в форме вибрации. Когда магнитное поле ориентирует электроны и не позволяет им двигаться свободно, их энергия передается атомам, которые начинают вибрировать сильнее — это и есть повышение температуры. Удаление магнитного поля вызывает понижение температуры. Эффект был открыт ещё в 1881 году, но не привлёк большого внимания, потому что, согласно теории, для его максимизации потребовались бы сверхпроводящие магниты, охлаждаемые до сверхнизких температур. Однако в 1997 году материаловеды из Эймсской лаборатории Министерства энергетики США в штате Айова, сотрудничавшие с «Astronautics Corporation of America», случайно обнаружили сплав гадолиния с кремнием и германием, обладающий гигантским магнитокалорическим эффектом при комнатной температуре. Впоследствии «Astronautics Corporation of America» нашла и другие подобные сплавы.

Сегодня компания разрабатывает кондиционер, рассчитанный на охлаждение помещений площадью примерно в 100 м². По периферии небольшого плоского диска установлены пористые клинья из одного из таких сплавов. Диск окружен неподвижным постоянным магнитом в форме разорванного кольца, лежащим в той же плоскости. В его разрыве и концентрируется магнитное поле. При вращении диска каждый магнитокалорический клин проходит через зазор, где нагревается, а при дальнейшем движении вновь охлаждается. Эти вращающиеся клинья нагревают и охлаждают циркулирующую в системе жидкость. Охлажденная жидкость отбирает тепло из помещения. Конструкция магнита тщательно продумана так, чтобы он не создавал рассеянного поля вне машины и, следовательно, не влиял на работу близлежащей электронной аппаратуры и кардиостимуляторов.

В обычных охлаждающих устройствах основную работу выполняет компрессор, а в магнитных охлаждающих устройствах — электродвигатель, вращающий диск с клиньями. А двигатель гораздо экономичнее компрессора. «Astronautics Corporation of America» рассчитывает создать опытный образец кондиционера, который должен на треть сократить потребление энергии на единицу хладопроизводительности, к 2013 году. Он будет иметь и ещё одно очень важное достоинство: в качестве хладагента в нём используется только вода, что делает его экологически безопасным. “Ничего более благоприятного для природной среды создать невозможно”, — говорит менеджер технологического центра компании «Astronautics Corporation of America» Стивен Джейкобс (Steven Jacobs).

Разрабатываемую конструкцию можно будет приспособить также к холодильникам и морозильникам, хотя для создания работоспособного прототипа потребуется преодолеть множество трудностей. В частности, очень непростой задачей будет управление потоком воды через пористые клинья, который будет вращаться со скоростью 360—600 об/мин. Кроме того, магнит делается из дорогого сплава неодима с железом и бором, поэтому для серийного производства его нужно будет сделать настолько малым, насколько это возможно при условии обеспечения сильного магнитного поля. “Риск неудачи с этой технологией очень велик, но велик и её потенциал, так что выбранный уровень характеристик представляет собой вполне разумную цель”, — говорит инженер-механик Эндрю Роу (Andrew Rowe) из Университета Виктории в Британской Колумбии.

Исследователи экспериментируют и с другими необычными технологиями охлаждения. Так, компания «Sheetak» разрабатывает охлаждающее устройство на основе термоэлектрических материалов, которые при пропускании электрического тока поглощают тепло на одной стороне и выделяют его на другой. Это позволит вообще избавиться от хладагента. Так или иначе, экономия топлива и уменьшение глобального потепления позволят сделать мир более прохладным местом.

Магнитный кондиционер

Читайте также

Комментарии