Современные холодильники достаточно сильно отличаются от своих предшественников своей формой, наличием сенсорных экранов и более богатым набором функций. Но внутри самых современных холодильников находятся все те же самые теплообменники, трубопроводы, хладагенты и компрессоры, работа которых обеспечивает достаточно чувствительную долю в общих счетах за использованную электроэнергию. Одним из перспективных направлений дальнейшего развития холодильных технологий считаются технологии магнитного охлаждения и недавно группа европейских исследователей, создав экспериментальную магнитную систему, показала, что решением большей части известных проблем могут стать специальные сплавы, обладающие так называемой памятью формы.
Магнитные системы охлаждения работают за счет магнитокалорического эффекта (magnetocaloric effect), заключающегося в том, что некоторые материалы изменяют свою температуру под воздействием прикладываемого к ним магнитного поля. Данная технология, хоть и считается весьма перспективным направлением, еще далека от практического использования за счет сложности ее реализации. Для магнитных систем охлаждения часто требуются магниты со сверхпроводящими обмотками, которые сами требуют дорогостоящего сверхнизкотемпературного охлаждения.
Для решения вышеупомянутых проблем исследователи из Технического университета Дармштадта и исследовательского института Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Германия, использовали уникальную комбинацию магнитов и специальных сплавов. Использованные магниты были изготовлены из сплава железа, бора и неодимия, а сплавы с памятью формы состояли из никеля, марганца и индия.
Получившиеся магниты являются самыми сильными на свете постоянными магнитами, способными вырабатывать магнитное поле, в 40 тысяч раз превышающее по силе магнитное поле Земли. А особый вышеупомянутый сплав, тем временем, обеспечивает максимальное понижение температуры под воздействием магнитного поля. Помимо этого, сплав может вернуться к своей изначальной форме после его деформации.
Цикл работы магнитной системы охлаждения достаточно сложен и состоит из шести шагов. На первом шаге, который длится всего одну миллисекунду, сплав попадает под воздействие магнитного поля и охлаждается. Затем воздействие магнитного поля снимается и сплав отдает свой холод через теплоотвод. Сплав нагревается, но остается, при этом, в намагниченном состоянии. После этого сплав сжимается специальным роликом, что нагревает его еще сильней, заставляет измениться внутреннюю структуру материала, который теряет остаточную намагниченность. После этого сплав восстанавливает свою изначальную форму и становится готовым к повторению цикла.
Опытный образец новой магнитной системы охлаждения является лишь демонстрацией того, как использование сплавов с памятью формы позволяет уменьшить количество требующихся постоянных магнитов, которые являются самой дорого частью технологии. Но немецкие ученые к 2022 году уже планируют построить более масштабную магнитную холодильную установку нового типа, что позволит им измерить параметры ее работы, в том числе и глубину охлаждения, плюс оценить энергетические и экономические параметры ее эксплуатации.
