Magnet vs. Freon: Wissenschaftler von MISiS und Tver State University erfinden einen magnetischen Kühlschrank, der 30% - 40% effizienter ist
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von Forschern der National University of Science and Technology MISIS
und der Tver State University entwickelt. Er basiert auf einem
Festkörper-Magnetsystem, das einen 30% bis 40% geringeren
Energieverbrauch als der Gaskompressor-Kreislauf in traditionellen
Kühlschränken bietet.
Eines der wichtigsten Haushaltsgeräte in unseren Wohnungen ist der
Kühlschrank, der 20% bis 40% des gesamten Strombedarfs ausmacht.
Global betrachtet ist die Technologie zur Erzeugung von Kälte in
Kühlschränken für den Industrie- und Haushaltsbereich und in Haus-
und Fahrzeugklimaanlagen ein sehr teures Unterfangen. Nach
Expertenschätzungen machen diese Geräte bis zu 10% des weltweiten
Stromverbrauchs aus.
Das wissenschaftliche Team aus Physikern und Ingenieuren der NUST
MISIS Department for Functional Nanosystems & High-Temperature
Materials (Abteilung für funktionelle Nanosysteme und
Hochtemperaturwerkstoffe) und der Tver State University haben das
Problem der effizienten Kälteerzeugung mit einem neuen magnetischen
Kühlsystem gelöst. In einem herkömmlichen Kühlschrank erfolgt die
Kühlung aufgrund der plötzlichen Verdampfung von Freon (oder anderen
Kühlmitteln), das in einen gasförmigen Zustand übergeht. Die
Erfindung junger russischer Wissenschaftler basiert auf einem anderen
Prinzip, dem sogenannten magnetokalorischen Effekt. Einfach
ausgedrückt umfasst dies die Änderung der Temperatur von magnetischem
Material während der Magnetisierung oder Entmagnetisierung.
Technisch gesehen ist das Ganze relativ einfach: Ein Metallstab
wird in ein Magnetfeld eingeführt und erwärmt sich, und er kühlt sich
ab, wenn er aus dem Feld herausgenommen wird. Dies muss jedoch
schnell und zyklisch erfolgen, damit der Temperaturunterschied
erhalten bleibt. Ein Team aus Wissenschaftlern hat einen Prototyp
dieser Kühlvorrichtung entwickelt, die zwar klein ist, aber den
ganzen Kühlschrank kühlen kann.
"Da die Dichte der Metalllegierung viel größer ist als die von
Gas, ist der gespeicherte Entropiewert (Maß für Unordnung) und damit
die Kühlleistung größer", erklärt Dmitriy Karpenkov, einer der
Projektentwickler und leitender Forscher der NUST MISIS Department
for Functional Nanosystems & High Temperature Materials. "Dies
erklärt die 30% bis 40% höhere Energieeffizienz neuer
Festkörpergeräte im Vergleich zu Gaskompressionsanaloga.
Trotz ihrer geringen Größe können diese Geräte die maximale
Spanne, nämlich 9 Grad Celsius, zwischen den Temperaturen von heißen
und kalten Wärmetauschern bereitstellen. Der Hauptunterschied des
entwickelten Prototyps zu allen Vorgängern besteht darin, dass die
Arbeitskörper gleichzeitig als Kältemittel und Druckpumpe wirken.
Diese technische Lösung schließt Pumpen, die eine zusätzliche
thermische Belastung für den Kühlschrank darstellen, aus."
Die zweite einzigartige technische Lösung bestand darin, den Fluss
der Wärmeübertragungsflüssigkeit von den kalten und heißen
Wärmetauschern zu trennen, während sich Arbeitskörper, die sich in
einem magnetisierten (entmagnetisierten) Zustand befinden,
sequentiell von einem Fluss zum anderen bewegen können.
"Die Ergebnisse unserer Tests zeigen, dass die Verwendung von
Kaskaden-Magnetkühlzyklen zu einer Erhöhung der Temperaturspanne um
80% führt", fügte Dmitriy Karpenkov hinzu.
Während des Experiments, um die Wirksamkeit des Prototyps
abzuschätzen, haben die Forscher herausgefunden, dass die maximale
Wärmemenge, die eine Wärmepumpe während eines Zyklus aufnehmen kann,
etwa 405 J beträgt, was einer maximalen Kühlleistung von 45 Watt
entspricht.
Derzeit hat das Forschungsteam einen Laborprototyp des
Kühlmechanismus zusammengestellt und führt eine Reihe von Labortests
durch.
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Datum: 25.04.2019 - 12:34 Uhr
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