Компанія GE анонсувала випуск холодильних установок на основі магнітокалоричний ефекту і показала дослідну установку. У ній немає ні зріджують хладагентов, ні компресорів. Відсутні навіть термоелектричні перетворювачі (елементи Пельтьє), настільки популярні в автомобільних холодильниках, туристичному спорядженні і екзотичних системах охолодження комп'ютерів.
Конструкція магнітного холодильника досить проста. Який-небудь об'єкт (пляшка води, радіатор чіпа, повітря в камері) охолоджується, віддаючи своє тепло металевим пластинам. Вони контактують з теплоносієм, у внутрішній структурі якого під дією магнітного поля відбуваються оборотні циклічні зміни.
Для лабораторних досліджень список речовин, придатних на роль теплоносія в магнітному холодильнику, обчислюється десятками. Він включає феро, антіферро- і феррімагеніткі, але практично значимий магнітокалоричний ефект найсильніше виражений у деяких парамагнетиків.
Залежно від конкретної технічної задачі основним теплоносієм може служити парамагнетичний матеріал в різному агрегатному стані. Зазвичай зручніше використовувати окис азоту або алюміній.
Молекули парамагнетиков полярні, тобто мають магнітним моментом. У звичайному стані вони орієнтовані безладно через теплового руху. У зовнішньому магнітному полі вони прагнуть розташуватися в напрямку магнітних ліній. За рахунок цього внутрішня структура парамагнетиков тимчасово стає більш упорядкованим. Відбувається оборотне зниження ентропії, що приводить до зниження температури.
Експериментальна холодильна установка на основі магнітоелектричного ефекту (фото: General Electric).
В експериментах ефект добре спостерігається в адіабатичних умовах, тобто при наявності теплоізолюючих оболонки навколо парамагнетика. Якщо ж її прибрати, то обмін з навколишнім середовищем призведе до вирівнювання температури. Піддаючись дії змінного магнітного поля, парамагнетики спочатку акумулюють тепло (знижуючи температуру повітря і більш нагрітих тіл навколо себе), а потім віддають його на радіатор в наступному циклі. Далі, як і в будь-який холодильній установці, тепло несеться в зовнішнє середовище.
За оцінками GE, магнітокалоричний холодильне обладнання витіснить компресорне протягом найближчих десяти років.
Ідея створювати магнітні холодильні установки була запропонована дуже давно. Професор Фрайбурзького університету (Німеччина) Еміль Габріель Варбург описав теплові ефекти в парамагнетиках ще в 1881 році. Довгий час робота не знаходила застосування, оскільки створювані установки відрізнялися низькою продуктивністю.
Через століття, в 1980-х, дослідники Лос-Аламоської національної лабораторії (США) змогли отримати практично значимий магнітокалоричний ефект за допомогою дорогого магніту зі надпровідної обмоткою.
Економічно доцільними такі системи вдалося зробити тільки недавно - за рахунок застосування нових матеріалів і підходів до реалізації процесу теплообміну. Замість створення змінного магнітного поля за допомогою котушок індуктивності GE пропонує використовувати обертання постійних неодімових магнітів.
Такий метод знижує витрати електроенергії і дозволяє створювати економічні магнітні холодильники. За попередніми розрахунками, їх енергоефективність перевершує традиційні системи охолодження на 20%. Експериментальна установка далека від показників майбутніх серійних моделей, але вже легко перетворює воду на лід.
Теплова енергія береться від грунтових вод. Щоб використовувати такий холодильник треба набити безліч артезіанських свердловин і дістатися до водоносного шару. Якщо теплова потужність водоносного горизонту недостатня, він буде промерзати і холодильник працювати не буде.
Для того щоб з підземної води перекачати 3 квт тепла в будинок, треба затратити
1 квт механічской енергії (її можна отримувати двигуном з електричної).
Є системи де тепло забирається прямо у грунту, але вони значно дорожче - треба закопати безліч теплообмінних труб глибоко під землю на велику площу
3кВт тепла не виходить з 1кВт електрики, тут просто використовується два джерела енергії, сумарна потужність яких не менше (а більше) ніж 3 кВт, і від цієї сумарної потужності і потрібно вважати ККД, а не тільки лише від 1 кВт електрики, енергія все одно звідкись береться і перекладається з одного стану в інший, вона не виникає з нічого, тому ККД не може бути більше 100%, а то, що ви називаєте ККД, і що може бути більш 100% - НЕ ККД в класичному розумінні цього коефіцієнта , це просто якийсь коефіцієнт відношення отриманої ен ергіі до витраченої електроенергії, який чомусь називають ККД (або COP по-англійськи), що, имхо, не є правильно.
Ефективність теплових насосів прийнято характеризувати величиною безрозмірного коефіцієнта трансформації енергії Ктр.
У народі, в побуті Ктр називають ККД :)