Інститут Fraunhofer з Фізичних Методів Вимірювання IPM прагне революціонізувати системи охолодження, що мають стати стійкішими та працювати без будь-яких шкідливих для клімату холодоагентів. І от зараз, здається, дослідницькій групі Інституту Fraunhofer IPM вдалося виконати це завдання зі своєю магнітокалоричною системою охолодження.
Що магніт має спільного з холодильною технологією? В Інституті Fraunhofer IPM охолодження здійснюється за допомогою магнітного поля. © wittayayut – stock.adobe.com
Магнітокалорична система охолодження від Інституту Fraunhofer IPM є новинкою, але насправді не такою вже й новою. Магнітокалоричний ефект був виявлений ще в 1917 році і застосовувався для низькотемпературних процесів з 1930-х років. Лише в 90-х роках минулого сторіччя вчені зрозуміли, що ефект можна використовувати і для систем підтримки кімнатної температури. “Вже протягом 10-15 років проводиться інтенсивне дослідження магнітокалоричних систем для забезпечення оптимальної температури в приміщенні – також у нас”, пояснює Kilian Bartholomé, заступник керівника департаменту Перетворювачів Теплової Енергії Інституту Fraunhofer IPM в інтерв’ю виданню HLK. Разом зі своєю командою, фізик розробив нову технологію охолодження, що не застосовує шкідливі холодоагенти.
Регламент щодо Флюоровмісних Газів перешкоджає поширенню шкідливих для клімату холодоагентів
За допомогою Регламенту щодо Флюоровмісних Газів, Європейська Унія суворо обмежила використання пофлюорованих вуглеців та очікує, що до 2030 року скоротить викиди в промисловому секторі на 70% порівняно з референтним 1990 роком. Емісії від пофлюорованих парникових газів мають скоротитися за цей період з 70 млн. тон в еквіваленті CO2 до 35 млн. тон. Європейська Унія сподівається, що бізнес переходитиме до більш екологічно чистих альтернатив через обмеження застосування флюоровмісних холодильних агентів. Альтернатив, що Інститут Fraunhofer IPM планує запропонувати найближчим часом.
Дослідницька команда навколо Kilian Bartholomé використовує екологічно чистий сплав латану-заліза-кремнію для своєї магнітокалоричної системи охолодження, що нагрівається при застосуванні магнітного поля і охолоджується при його вимкненні. Для передачі тепла використовується дуже простий фізичний процес: випаровування. “Оскільки вода поглинає багато енергії підчас переходу з рідкого в газоподібний стан, ми використовуємо процес випаровування для передачі тепла”, пояснює Bartholomé. “Таким чином теплову енергію можна передавати дуже ефективно”.
Охолодження та нагрівання магнітним полем
Магнітокалоричний ефект можна використовувати не тільки для охолодження, а також для контролю температури в приміщенні, як пояснює фахівець: “Йдеться про так звану реверсивну температуру. Якщо нагрітий в магнітному полі матеріал видаляється з нього, він охолоджується до температури, з якої починався нагрів”. Таким чином, зазначений ефект може використовуватися для генерації тепла та холоду, що вже має місце в Данії. У проекті Enovheat, очолюваному датським Інститутом Енергетичних Технологій DTU Energy, магнітокалоричний ефект використовується для роботи теплових насосів. Разом з партнерами з Великої Британії та Словенії має бути розроблений тепловий насос, що працюватиме без шкідливих для клімату холодоагентів.
Наразі обидва Інститути DTU Energy та Fraunhofer IPM все ще знаходяться на етапі експериментування і не мають пілотних зразків. “Останнім часом ми інтенсивно працюємо над нашою розробкою і ще не наблизились до готових систем”, зазначає Bartholomé.
Структура магнітокалоричної системи охолодження: Магнітокалоричний матеріал розташований у сегментах сірого кольору, що по черзі нагрівається і охолоджується обертовим магнітом. Завдяки внутрішній структурі сегментів тепло виділяється в навколишнє середовище з правого боку, в той час як зліва тепло відводиться з області для охолодження. © Fraunhofer IPM
Рекордна система охолодження
Однак зразковий прототип обіцяє з’явитися до кінця року – з потенціалом світового рекорду. За галузевими джерелами, системи матиме потужність 300 Вт, що в шість разів вище звичайного побутового холодильника. Однак вирішальним фактором для рекордного показника має стати системна частота. Довгострокова мета дослідників – досягти 50% теоретичної максимальної ефективності. Порівнянні попередні системи сьогодні досягають лише близько 30%.
Промисловість вже висловлює зацікавленість потужною та кліматично безпечною системою охолодження. Підприємство Philipp Kirsch, виробник спеціалізованих холодильників для медичного застосування, бере участь у проекті Інституту Fraunhofer IPM. “Ми прагнемо вивести на ринок холодильну систему з температурою -86°, що працюватиме на принципі магнітокалорійності”, підкреслює керуючий директор компанії Jochen Kopitzke. “Магнітокалорійність має дуже високий практичний потенціал і може замінити в середньотерміновій перспективі компресорне охолодження. Ми бачимо чіткий ринок, на який і покладаємо свої надії”.
За словами Kilian Bartholomé, до появи перших конкурентоспроможних та готових до експлуатації магнітокалоричних охолоджувальних систем мають пройти ще як мінімум п’ять років.
Джерело: HLK.CO.AT>
/
Переклад: ЛІКОНД
