211service.com
Videi draudzīgi ledusskapji
Mūsdienu dzesētāji un ledusskapji var neizraisīt caurumus ozona slānī kā to līdzinieki pirms 1994. gada, taču tie joprojām izmanto siltumnīcefekta gāzes, kas silda planētu. To kompresori arī patērē daudz enerģijas: gaisa kondicionieri un ledusskapji 2005. gadā patērēja aptuveni 340 miljardus kilovatstundu — gandrīz 30 procentus no kopējās ASV mājās patērētās enerģijas.
Foršs rīks: Šajā energoefektīvā magnētiskā ledusskapja sākotnējā versijā ir redzams gredzenveida 1,2 tesla magnēts. Magnēts var ietvert kustīgu cilindru, kurā ir materiāli, kas uzsilst magnētiskā lauka klātbūtnē un atdziest, kad lauks tiek noņemts. Atdziestot, materiāls absorbē siltumu no apkārtējās vides.
Pētnieki Risoe Nacionālajā laboratorijā Roskildē, Dānijā, tagad ir soli tuvāk magnētiskās dzesēšanas sistēmas izveidei, kas sola energoefektīvus, videi draudzīgus un pilnīgi klusus ledusskapjus. Temperatūra parastajos ledusskapjos svārstās no –20 līdz 20 ºC. Šī 40 ºC temperatūras diapazona sasniegšana ir viens no nozīmīgākajiem izaicinājumiem saistībā ar magnētisko dzesēšanu. Dāņu pētnieki ir izveidojuši ledusskapi, kura temperatūru var mainīt gandrīz par 9ºC.
Tas ir svarīgs solis ceļā uz praktiskiem temperatūras diapazoniem 40 ºC, saka Nīnija Prīdsa , Risoe vecākais zinātnieks, kurš vada darbu. Pētnieku komanda tagad strādā ar Danfoss , viens no lielākajiem kompresoru ražotājiem pasaulē, lai izveidotu komerciālu prototipu; uzņēmums saka, ka tam jābūt gatavam līdz 2010. gadam.
Magnētiskās dzesēšanas tehnoloģija izmanto materiālus, kas uzsilst, pakļaujoties magnētiskajam laukam, un atdziest, kad magnētiskais lauks tiek noņemts. Materiālam atdziestot, tas izvelk siltumu no apkārtējās vides. Jo lielāka ir atšķirība starp karstāko un aukstāko temperatūru, kas sasniegta magnētiskā lauka ietekmē, jo labāk materiāls atdziest.
Magnētiskie dzesētāji gadiem ilgi tiek izmantoti laboratorijās kriogēnai temperatūrai desmitiem grādu zem nulles. 1995. gadā Ames laboratorija Aiovas štatā demonstrēja pirmo magnētisko ledusskapi, kas atdzesēja saturu istabas temperatūras vidē. Uzņēmums izmantoja metāla gadolīniju.
Kopš tā laika pētnieki ir atraduši daudzus citus materiālus, kas darbojas istabas temperatūrā. Problēma ir tā, ka visu šo vielu temperatūras svārstības ir tikai daži grādi. Lielas temperatūras izmaiņas ir viegli sasniegt, ja izmantojat supravadošu magnētu, saka Pryds. Taču supravadošie magnēti ir lieli un tiem pašiem ir nepieciešama dzesēšana, tāpēc tie nav praktiski lietojami ikdienas iekārtām, piemēram, sadzīves ledusskapjiem un gaisa kondicionieriem. Viņš saka, ka šiem lietojumiem vienīgais veids ir pastāvīgais magnēts. Ideālā gadījumā tam vajadzētu būt mazam, lētam magnētam, kura lauks ir mazāks par vienu teslu.
Lai iegūtu lielus temperatūras diapazonus, izmantojot pastāvīgo magnētu, ir nepieciešama gudra inženierija. Parasti tas nozīmē dzesēšanas šķidrumu, piemēram, ūdens, izmantošanu. Materiāls, ap to cirkulējot ūdenim, pārmaiņus tiek novietots magnētiskajā laukā un ārpus tā. Kad tas atrodas laukā, tas uzsilst. Cirkulējošais ūdens ņem siltumu no materiāla un pārnes to uz siltuma izlietni. Tad tiek noņemts magnētiskais lauks, un materiāls, ko jau atdzesēja ūdens, atdziest vēl vairāk. Atdziestot, tas absorbē siltumu no ūdens, padarot to pietiekami aukstu, lai to izmantotu kā ledusskapi. Šis karstā-aukstā cikls tiek atkārtots atkal un atkal.
Praktiskā magnētiskā ledusskapī ir grūti salikt kopā dažādus gabalus – materiālu, magnētus, šķidruma dzesēšanu. Pētniekiem ir jāizstrādā sistēma, kas nodrošina vismaz 40 ºC temperatūras izmaiņas un pietiekamu dzesēšanas jaudu – ledusskapjiem pašlaik ir pat 150 vati –, izmantojot pastāvīgo magnētu ar magnētisko lauku, kas mazāks par vienu teslu. Tas prasa smalku līdzsvaru starp sistēmas parametriem. Piemēram, pētniekiem paplašinot temperatūras diapazonu, dzesēšanas jauda var samazināties vai sistēmai var būt nepieciešams vairāk enerģijas. Tas ir inženierijas murgs, saka Eimsa laboratorijas pētnieks Kārlis Gšneidners , pionieris magnētiskajā dzesēšanā.
Bet atlīdzības būs daudz. Magnētiskie ledusskapji būs daudz energoefektīvāki nekā parastie ledusskapji, jo tiem enerģija ir nepieciešama tikai ūdens cirkulācijai. Pryds saka, ka magnētisko ledusskapju enerģijas patēriņam [vajadzētu] būt pat par 60 procentiem zemākam nekā tradicionālajai saldēšanai. Turklāt atšķirībā no parastajiem ledusskapjiem magnētiskajām sistēmām nav nepieciešami aukstumnesēji, piemēram, fluorogļūdeņraži, kas ir spēcīgas siltumnīcefekta gāzes.
Preids ir pārliecināts, ka viņa grupas darbs novedīs pie komerciāliem magnētiskiem ledusskapjiem. Tāpat kā citas pētniecības grupas, Risoe grupa izmanto ūdens dzesēšanas dizainu. Bet, lai gan lielākā daļa pētnieku grupu izmanto gadolīnija pulveri, Dānijas pētnieki izmanto plāksnes, kas izgatavotas no keramikas materiāla, kas satur lantānu, stronciju, kalciju un mangānu. Pryds saka, ka keramika ir ķīmiski stabila; tie nerūsē korodīvos šķidrumos, piemēram, ūdenī. Keramikas plāksnēm jābūt arī vieglāk ražotām lielā mērogā. Viņš saka, ka keramikas materiāla un pētnieku galīgā ledusskapja dizaina kombinācija, kas vēl nav atklāta, varētu radīt praktiskus panākumus.
Tomēr pētnieki saskaras ar dažiem smagiem konkurentiem. Eimsa laboratorijas pētnieki, strādājot ar Milvoki bāzēto Aeronautics Corporation of America, ir izveidojuši sistēmas ar 25 ºC temperatūras diapazonu un 95 vatu dzesēšanas jaudu, izmantojot 1,5 tesla magnētus. Endrjū Rovs un viņa kolēģi Viktorijas Universitātē Kanādā ir izveidojuši 15 vatu dzesēšanas sistēmas ar temperatūras diapazonu 30 ºC. Tikmēr Chubu Electric Power un Toshiba pētnieki Japānā ir samazinājuši līdz aptuveni 0,8 teslām, lai iegūtu 10 ºC diapazonu.
Lietas uzlabojas, saka Gšneidners, un vēl pēc 5–10 gadiem magnētiskajiem ledusskapjiem vajadzētu būt tirgū. Daudzas pētniecības grupas tagad strādā pie magnētiskajiem ledusskapjiem, ražo labākus materiālus un izstrādā labākus sistēmu dizainus. Turklāt, piebilst Rowe, pastāvīgie magnēti kļūst mazāki un lētāki. Pamatprincipi ir parādīti un demonstrēti, viņš saka. Magnētiskās saldēšanas darbi. Tagad mums ir vajadzīga stingra domāšana [un] labs dizains, un cerams, ka šīs lietas apvienosies.