Британские инженеры разрабатывают холодильник будущего

Британские инженеры разрабатывают холодильник будущего

Инженеры работают над холодильными установками нового поколения, которые потребляют существенно меньше электроэнергии и обходятся без ядовитого хладагента, причиняющего ущерб окружающей среде.

Подавляющее большинство сегодняшних домашних холодильников — как, впрочем, и промышленных холодильных установок — представляют собой компрессорные устройства, в которых циркулирует хладагент, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и обратно. Этот принцип неплохо себя зарекомендовал с точки зрения надежности, однако сегодня он уже не отвечает требованиям экологии и экономики.

Ставка делается на так называемое магнитное охлаждение. Через 3–4 года такой холодильник должен появиться на рынке. Привычный компрессор уступит в нем место бесшумному магнитному приводу. Британский физик Джеймс Мур (James Moore), сотрудник Королевского колледжа науки, техники и медицины при Лондонском университете, объясняет суть принципа так: «Эффект охлаждения вызывается материалом, способным намагничиваться. Это — ключевой элемент всего процесса». На задней стенке этого холодильника расположен сильный постоянный магнит и вращающийся диск, на котором размещен разработанный нами специальный материал. При каждом обороте диска этот материал входит в поле постоянного магнита, а затем снова выходит из него. Находясь в поле, он намагничивается и при этом нагревается. Вне поля он размагничивается и при этом охлаждается, причем до температур значительно более низких, чем температура окружающего помещения. «Вот на этом эффекте и работает наш холодильник», — говорит Мур.

К материалам с наиболее сильно выраженным магнетокалорическим эффектом относятся соли редкоземельного металла гадолиния — например, сернокислый гадолиний или хлористый гадолиний. «Однако для применения в магнитных холодильниках эти соединения не годятся, — замечает профессор Лесли Коэн (Lesley Cohen), специалистка в области физики твердого тела. — Причина, по которой гадолиний не может быть использован в бытовой технике, проста: этот метал чрезвычайно дорог. Его соединения используются только в космической технике или в тех научных экспериментах, где требуются крайне низкие температуры, близкие к абсолютному нулю».

Однако британские исследователи нашли выход из тупика. Они обнаружили, что магнетокалорические свойства материала зависят не только от его химического состава, но и от его структуры. Мельчайшие дефекты кристаллической решетки, то есть наличие неких свободных атомов, не желающих упорядочиваться, резко усиливают охлаждающий эффект при размагничивании. Причем такие дефекты, такие включения легко получить искусственным путем и тем самым обойтись без драгоценного гадолиния.

«Наши исследования свидетельствуют о том, что в принципе возможно получение материала, как бы скроенного по нашей мерке, то есть обладающего нужными нам свойствами, — говорит Лесли Коэн. — Такой процесс называется наноструктуризацией. С его помощью мы намерены оптимизировать поведение парамагнетиков в магнитном поле и добиться более сильного эффекта охлаждения».

С точки зрения эффективности превращения электроэнергии в холод магнитные холодильники уже сегодня превосходят компрессорные. В ходе лабораторных испытаний прототипа такой магнитной холодильной установки коэффициент ее полезного действия составил 60 процентов — притом, что даже у лучших моделей традиционных аппаратов этот показатель едва достигает 40 процентов. Лесли Коэн считает это важнейшим аргументов в пользу нового холодильника: «Задача энергосбережения сегодня актуальна как никогда, и тут наша разработка будет как нельзя более кстати. Ведь в одних только США половина всей потребляемой летом энергии расходуется холодильниками и кондиционерами».

Получать все новости по электронной почте