Магнит против фреона: Ученые изобрели магнитный холодильник, эффективность которого выше обычного на 30-40%

Принципиально новый холодильник разработали исследователи из Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" и Тверского государственного университета - в его основе твердотельная магнитная система, по энергоэффективности дающая 30-40% фору газокомпрессорному механизму обычного холодильника.

Один из главных предметов наших квартир - холодильник - потребляет до 20-40% всей электроэнергии. Технологии создания холода в мировом масштабе, то есть промышленные и бытовые холодильники, кондиционеры домашние и автомобильные - весьма дорогостоящее удовольствие, по оценкам экспертов, все эти приборы тратят до 10% всей мировой электроэнергии в целом.

Научный коллектив физиков и инженеров кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных НИТУ "МИСиС" и Тверского государственного университета решил проблему эффективной выработки холода, предложив новую систему охлаждения - магнитную. В обычном холодильнике охлаждение происходит за счет резкого испарения фреона (или другого хладагента), который переходит в газообразное состояние. В изобретении молодых российских ученых работает другой принцип - так называемый магнетокалорический эффект, проще говоря, изменении температуры магнитного материала при его намагничивании или размагничивании.

Технически это выглядит довольно просто - металлический брусок вносится в магнитное поле и нагревается, а при вынесении из поля - охлаждается. Однако делать это нужно быстро и циклически, чтобы разница температур сохранялась. Коллектив ученых сконструировал прототип устройства, которое при небольших размерах способно охлаждать целый холодильник.

"Поскольку плотность металлического сплава гораздо больше, чем у газа, значения запасенной энтропии (мера беспорядка), а следовательно и холодильной мощности, у него больше, - поясняет один из разработчиков проекта старший научный сотрудник кафедры Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ "МИСиС" к.ф-м.н Дмитрий Карпенков, - этим и объясняется энергоэффективность новых твердотельных устройств на 30-40% по сравнению с газокомпрессионными аналогами.

Данные устройства при небольших размерах способны обеспечить максимальную разницу между температурами горячего и холодного теплообменников - 9 градусов Цельсия. Главное отличие разработанного прототипа от всех предшественников заключается в том, что рабочие тела одновременно осуществляют две роли - хладагента и нагнетательного насоса. Данное техническое решение исключает из схемы насосы, которые являются дополнительной тепловой нагрузкой для холодильника".

Вторым уникальным техническим решением стало разграничение потоков теплопередающей жидкости от холодного и горячего теплообменников, при этом обеспечивая возможность рабочему телу, находясь в намагниченном (размагниченном) состоянии, последовательно переходить из одного потока в другой.

"Результаты проведенных нами испытаний показывают, что использование каскадных циклов магнитного охлаждения приводит к увеличению диапазона охлаждения на 80%", - добавил Дмитрий Карпенков.

В ходе эксперимента по оценки эффективности созданного прототипа исследователи выяснили, что максимальное количество теплоты, которое способен отвести тепловой насос за цикл, составляет порядка 405 Дж, что соответствует максимальной мощности охлаждения 45 Вт.

В настоящее время научная группа собрала лабораторный прототип охлаждающего механизма и проводит серию лабораторных тестов.

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" в 2018 году отметил 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Согласно данным основных образовательных рейтингов, университет занимает 30-е место в мире в категории "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и 76-е место в "Инжиниринг- Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" находится на 191-й позиции (рейтинг U.S. News).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" обучаются более 17000 студентов из 75 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.