У створеному прототипі магнітного холодильника використовується обертається колісна конструкція. Вона складається з колеса, що містить сегменти з порошком гадолінію, а також потужного постійного магніту.
Конструкція спроектована таким чином, що колесо прокручується через робочий зазор магніту, в якому сконцентровано магнітне поле. При входженні сегмента з гадолинием в магнітне поле в гадолінієм виникає магнетокалоріческій ефект - він нагрівається. Це тепло відводиться теплообмінником, що охолоджується водою. Коли гадолиний виходить із зони магнітного поля, виникає магнетокалоріческій ефект протилежного знака і матеріал додатково охолоджується, охолоджуючи теплообмінник з циркулюючим в ньому другим потоком води. Цей потік власне і використовується для охолодження холодильної камери магнітного холодильника. Такий пристрій є компактним і працює фактично безшумно і без вібрацій, що вигідно відрізняє його від використовуються сьогодні холодильників з парогазовим циклом.
Переваги, недоліки і сфери застосування
Всі магнітні холодильники можна розділити на два класи за типом використовуваних магнітів: системи, що використовують надпровідні магніти і системи на постійних магнітах. Перші з них мають широкий діапазон робочих температур і відносно високою вихідною потужністю. Вони можуть використовуватися, наприклад, в системах кондиціонування великих приміщень і в обладнанні сховищ харчових продуктів. Охолоджуючі системи на постійних магнітах мають відносно обмежений температурний діапазон і, в принципі, можуть застосовуватися в пристроях із середньою потужністю - таких як автомобільний холодильник і портативний рефрижератор для пікніка. Але і ті, й інші мають цілу низку переваг над традиційними парогазовими холодильними системами:
Низька екологічна небезпека: Робоче тіло - тверде і може бути легко ізольовано від навколишнього середовища. Застосовувані в якості робочих тіл метали лантаніди малотоксични, і можуть бути використані повторно після утилізації пристрою. Тепловідвідними середовище повинне мати всього лише низькою в'язкістю і достатньою теплопровідністю, що добре відповідає властивостям води, гелію або повітря. Останні добре сумісні з навколишнім середовищем.
Висока ефективність. Магнітокалоричний нагрівання і охолоджування - практично оборотні термодинамічні процеси, на відміну від процесу стиснення пари в робочому циклі парогазового холодильника. Теоретичні розрахунки і експериментальні дослідження показують, що магнітні охолоджуючі установки характеризуються більш високими ККД і економічністю. Зокрема, в області кімнатних температур магнітні холодильники потенційно на 20-30% ефективніше, ніж працюють по парогазової циклу. Технологія магнітного охолодження в перспективі може бути дуже ефективною, що дозволить значно скоротити вартість таких установок.
Довгий термін експлуатації. Технологія передбачає використання малого числа рухомих деталей і низьких робочих частот в охолоджуючих пристроях, що значно скорочує їх знос.
Гнучкість технології. Можливе використання різних конструкцій магнітних холодильників в залежності від призначення.
Корисні властивості заморозки. Магнітна технологія дозволяє виробляти охолодження і заморожування різних речовин з незначними змінами для кожного випадку. На відміну від цього, ефективний парогазовий цикл охолодження вимагає багатьох окремих ступенів або суміші різних робочих тіл-охолоджувачів для проведення такої ж процедури.
Швидкий прогрес у розвитку надпровідності і поліпшення магнітних властивостей постійних магнітів. В даний час цілий ряд відомих комерційних компаній успішно займаються поліпшенням властивостей магнітів NdFeB і працюють над їх конструкціями. Поряд з відомим прогресом в області надпровідності це дозволяє сподіватися на поліпшення якості магнітних холодильників і одночасне їх здешевлення.
Недоліки магнітного охолодження
- Необхідність екранування магнітного джерела.
- Відносно висока в даний час ціна джерел магнітного поля.
- Обмежений інтервал зміни температури в одному циклі охолодження в системах на постійних магнітах.
Крім того, магнітні холодильники включають в себе невелику кількість рухомих деталей і працюють при низьких частотах, що дозволяє звести до мінімуму знос холодильника і збільшити час його експлуатації.