Климатическая техника будущего: магнит вместо компрессора.

Главная страница - Магнитные тепловые насосы

На сегодняшний день подавляющее большинство современной климатической техники представляют собой компрессорные устройства. Работа таких устройств базируется на холодильном цикле Карно, который описывает процессы изменения агрегатного состояния хладагента под воздействием давления. На протяжении многих лет этот принцип хорошо зарекомендовал себя с точки зрения надежности. Но он уже не соответствует современным требованиям, как экологии, так и экономики. Поэтому в настоящее время инженеры многих климатических компаний работают над разработкой нового поколения оборудования, которые было бы экологически безопасно для окружающей среды и более энергоэффективно.

Так, компании Chubu Electric Power (Нагоя) и Santoku (Кобе), совместно с исследовательским институтом железнодорожных технологий (Токио) в настоящее время ведут работы над созданием технологии магнитного теплового насоса. Спонсором данной разработки является всемирно известная организация по развитию новых источников энергии и промышленных технологий под названием NEDO.
Разработчики недавно провели презентацию, во время которой показали, что технология магнитного теплового насоса обладает более высоким коэффициентом эффективности , и в ближайшем будущем может занять место парокомпрессионного цикла, на котором базируется работа нынешних тепловых насосов и холодильных установок.

В основе принципа работы магнитного теплового насоса лежит физическое явление, именуемое магнетокалорическим эффектом. Более ярко эффект проявляется у пара- и ферромагнетиков, к которым относят такие вещества как соли железа, никеля, кобальта и ряда редкоземельных металлов. Попадая во внешнее магнитное поле, эти вещества начинают намагничиваться и вырабатывают тепло. Это достигается за счет переориентации магнитных моментов микрочастиц вдоль силовых линий поля. Когда вещества покидают внешнее магнитное поле, они размагничиваются. Это приводит к тому, что на разупорядочение магнитных моментов тратится внутренняя энергия пара- и ферромагнетиков, что приводит к их быстрому охлаждению.

Подобная технология магнитного охлаждения и обогрева имеет ряд преимуществ по сравнению с классической схемой. В первую очередь, это высокая энергоэффективность. По коэффициенту преобразования электроэнергии в холод подобные магнитные установки уже сегодня превосходят компрессорные образцы. Коэффициент полезного действия лабораторного прототипа такой магнитной холодильной машины составил 60 % , в то время как лучший показатель традиционной установки едва достигает 40 %. К тому же, работа магнитной климатической техники более близка к идеальному тепловому циклу. Что касается экологичности, то и здесь « новинка» обещает быть успешной по причине замены в ней хладагентов, которые негативно влияют на озоновый слой нашей планеты, обычной водой. Обеспечение плавной работы и отсутствие вибраций, свойственных компрессорным устройствам, является еще одним существенным аргументом в пользу технологии магнитных тепловых насосов и холодильных установок.

До недавних пор к материалам с наиболее выраженным магнетокалорическим эффектом относили соли редкоземельного металла гадолиния (Gd). Но причина невозможности применения этого элемента в бытовой технике банальна: гадолиний - очень дорогое удовольствие, используемое в космической технике. В рамках своей исследовательской работы компаниям Chubu Electric Power и Santoku удалось технологически получить новое рабочее вещество, под названием - лантанированное железо. Этот материал почти в два раза превышает показатели гадолиния по диапазону изменения температур в магнитном поле.

Подобные решения и нетрадиционные подходы на климатическом рынке позволяют надеяться, что в вопросах организации оптимального микроклимата еще не сказано последнее слово.