 Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv Magnetisches Kühlsystem auf Basis von Formgedächtnislegierungen
07.10.2018
Moderne Kühlschränke unterscheiden sich deutlich von ihren Vorgängern in ihrer Form, dem Vorhandensein von Touchscreens und einem reichhaltigeren Funktionsumfang. Aber in den modernsten Kühlschränken befinden sich alle die gleichen Wärmetauscher, Rohrleitungen, Kältemittel und Kompressoren, deren Betrieb einen ziemlich empfindlichen Anteil an den Gesamtrechnungen für den verbrauchten Strom ausmacht. Magnetische Kühltechnologien gelten als eine der vielversprechenden Richtungen für die Weiterentwicklung von Kühltechnologien, und kürzlich hat eine Gruppe europäischer Forscher, die ein experimentelles Magnetsystem geschaffen haben, gezeigt, dass spezielle Legierungen mit dem sogenannten Formgedächtnis eine Lösung für die meisten werden können der bekannten Probleme.
Magnetische Kühlsysteme funktionieren aufgrund des magnetokalorischen Effekts, was bedeutet, dass bestimmte Materialien ihre Temperatur ändern, wenn ein Magnetfeld an sie angelegt wird. Obwohl diese Technologie als sehr vielversprechend gilt, ist sie aufgrund der Komplexität ihrer Implementierung noch weit von der praktischen Anwendung entfernt. Magnetische Kühlsysteme erfordern häufig Magnete mit supraleitenden Wicklungen, die selbst eine teure Ultratieftemperaturkühlung erfordern.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, verwendeten Forscher der Technischen Universität Darmstadt und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), Deutschland, eine einzigartige Kombination aus Magneten und speziellen Legierungen. Die verwendeten Magnete wurden aus einer Legierung aus Eisen, Bor und Neodym hergestellt, während die Formgedächtnislegierungen aus Nickel, Mangan und Indium bestanden.
Die resultierenden Magnete sind die stärksten Permanentmagnete der Welt, die ein Magnetfeld erzeugen können, das 40-mal stärker ist als das Magnetfeld der Erde. Und die oben erwähnte Speziallegierung sorgt unterdessen für den maximalen Temperaturabfall unter dem Einfluss eines Magnetfelds. Außerdem kann die Legierung nach Verformung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
Der Betriebszyklus des magnetischen Kühlsystems ist ziemlich kompliziert und besteht aus sechs Schritten. Im ersten Schritt, der nur eine Millisekunde dauert, wird die Legierung einem Magnetfeld ausgesetzt und kühlt ab. Dann wird der Einfluss des Magnetfeldes aufgehoben und die Legierung gibt ihre Kälte über den Kühlkörper ab. Die Legierung erwärmt sich, bleibt aber gleichzeitig in einem magnetisierten Zustand. Danach wird die Legierung durch eine spezielle Walze komprimiert, wodurch sie noch stärker erhitzt wird, wodurch sich die innere Struktur des Materials ändert, wodurch die Restmagnetisierung verloren geht. Danach stellt die Legierung ihre ursprüngliche Form wieder her und ist bereit, den Zyklus zu wiederholen.
Der Prototyp des neuen magnetischen Kühlsystems ist nur eine Demonstration dafür, wie die Verwendung von Formgedächtnislegierungen die Anzahl der erforderlichen Permanentmagnete, dem teuersten Teil der Technologie, reduzieren kann. Aber bis 2022 planen deutsche Wissenschaftler bereits den Bau einer größeren magnetischen Kühleinheit eines neuen Typs, die es ihnen ermöglichen wird, die Parameter ihres Betriebs, einschließlich der Kühltiefe, zu messen und die energetischen und wirtschaftlichen Parameter ihrer zu bewerten Betrieb.
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