Magnetsko hlađenje
    Subota, 02 Srpanj 2016 08:23

    Magnetsko hlađenje

    Ima tvari koje se griju kad dospiju u magnetsko polje, a hlade kad ono prestaje djelovati na njih, pa bi se mogle koristiti za hladnjake. Pritom bi se potrošena električna energija iskoristila u mnogo većm postotku teorijske iskoristivosti nego što to uspijeva u klasićnim hladnjacima s amonijakom ili freonom. Već je dugo poznato da se toplina možže osloboditi pri magnetiziranju nekih materijala, dok se pri obrnutom procesu, demagnetiziranju, ona apsorbira. To je svojstvo, između ostaloga, korišteno i pri istražživanjima za postizanje ekstremno niskih temperatura, onih od samo nekoliko milijuntih dijelova stupnja iznad apsolutne ništice (oko minus 273 stupnja Celzija). Nedavno su nizozemski znanstvenici objavili rezultate takozvanih magnetokaloričnih istražživanja kristalića tvari koja ima kemijsku formulu MnFePt0.45As0.55 (mangan-željezo-platina-arsen), a za koju tvrde da bi se vrlo efikasno mogla koristiti za magnetsko hlađenje u kuhinjskim hladnjacima. Magnetsko hlađenje ne koristi kemikalije koje uništavaju ozonski omotać (freone) niti neugodni amonijak. Druga je pogodnost veæa korisnost magnetskog hladnjaka u usporedbi sa sadašnjim hladnjacima. Dok najefikasniji hladnjaci postižžu četrdeset posto teorijski najveće moguće iskoristivosti potrošene električne energije, u magnetskom hladnjaku ta efikasnost dostižže i šezdeset posto. Veća korisnost znači veću uštedu električne energije, a time manju potrošnju goriva, manje zagrijavanje okoline i manju emisiju ugljičnog dioksida. No, za postizanje tako visoke korisnosti potrebno je upotrijebiti vrlo jaka magnetska polja koja je teško ostvariti u »kuhinjskim« uvjetima. Za to bi trebalo koristiti supravodljive magnete koji za sada ne rade pri sobnoj temperaturi. Zato su istražživanja usmjerena prema sintezi tvari koja će isti efekt postići pri slabijim magnetskim poljima, ostvarivim i pomoću običnih stalnih magneta.
     
    Hlađenje pomoću nereda
    Magnetska svojstva tvari posljedica su njihove mikroskopske strukture koju možžemo smatrati skupom elementarnih magnetića. Katkad su ti elementi pojedinačni atomi, a često su to nakupine velikog broja atoma ili molekula. Kao osnovna jedinica magnetizacije često se koristi spin (snop) tih elementarnih magnetića. Kada tvar stavimo u magnetsko polje – a to je područje između polova stalnog magneta ili područje unutar zavojnice kojom teće električna struja – dolazi spinovi elementarnih magnetiæa usmjeravaju se u smjeru magnetskog polja, to jest tvar se magnetizira. Neke tvari pritom otpuštaju toplinu. Za postizanje većeg stupnja uređenja, što se dešava usmjeravanjem spinova, ta tvar mora predati okolini određen iznos topline. Time ona smanjuje svoju temperaturu pa se možže koristiti za hlađenje drugih stvari. Obrnuto, ako se magnetsko polje isključi, spinovi se nasumično dezorijentiraju, za što moraju uzeti toplinu iz okoline. Povećanjem vlastitog nereda tvar hladi svoju okolinu. Naizmjenično korištenje tih procesa koristi se kao princip rada magnetskog hladnjaka.
     
    Staro za novo?
    Sadašnji hladnjaci koriste drugačiji kružžni proces. Sabijanjem, plin - amonijak ili freon - ukapljuje se, nakon čega se tekućina provodi kroz unutrašnji prostor hlad njaka. Budući da je hladnija od tog prostora, tekućina uzima na sebe toplinu i prelazi u plinovito stanje. Cijevima odlazi u prostor izvan hladnjaka gdje kompresor ponovno sabija isti plin i pretvara ga u tekućinu. Kompresor za to troši električnu energiju i proizvodi toplinu u okolini. A toplina se manifestira i kao povećani nered u okolini. Tako između magnetskog i klasičnog hladnjaka postoji analogija u načinu rada. U magnetskom se hladnjaku koristi prijelaz između usmjerenog i neusmjerenog stanja, a u klasičnom prijelaz između tekućeg i plinovitog. Ti prijelazi između uređenog i neuređenog stanja koriste se za izvlačenje topline sa žželjenih mjesta i njeno odvođenje u okolinu.
     
    Tajne majstora kuhinje
    Opasnosti današnjeg hladnjaka poznate su: iscuri li amonijak, nastaje užžasan smrad, a istekne li freon, uzrokovat će se dugotrajno osiromašivanje ozonskog sloja. Magnetski hladnjak neće imati te opasnosti, jer će medij za prijenos topline između tvari i unutrašnjosti hladnjaka moći biti zrak ili voda. No, istraživači ne spominju kakva su svojstva magnetskih tvari koje će se primjenjivati: jesu li otrovne, štete li zdravlju, koliko su skupe. To će postati bitno čim se pomisli na komercijalnu upotrebu. Valjda istraživači i trgovci neće sakriti eventualne nepovoljne činjenice u strahu da ne odbiju kupce koji bi pohrlili u nabavku novih hladnjaka. No, istražživanja su zasad na laboratorijskoj razini, a kuhinjski hladnjak takve vrste tek je teorijska zamisao. 
     
     
    Magnetsko hlađenje već se uspješno koristi i kod većih postrojenja
    Francusko poduzeće Cooltech-Applications od 2003. nudi rješenja prilagođena za prehrambenu industriju i klimatizaciju, za koja ga je francuska vlada nagradila nagradom za inovativne tehnologije. Magnetsko-kalorijski efekt može se koristiti i kod sobnih temperatura, dok je to prije bilo moguće samo kod jako niskih temperatura okoline i ekstremno jakih magnetskih polja. Pritisak na florirana rashladna sredstva raste, unatoč tomu što s europskim Propisom o F-plinovima naglasak leži na nepropusnosti ili zabrtvljenosti postrojenja i (još) ne na zabranama proizvoda. Ipak, potraga za drugim mogućnostima u punom je jeku, a rješenja iz prošlosti odjednom opet postaju atraktivna. U to se ubraja poznato staro, a sada ponovno otkriveno CO2 rashladno sredstvo, jednako tako kao i magnetsko hlađenje. Jer zaista, tzv. magnetsko-kalorijski efekt nije otkriven jučer, nego već prije više od stotinu godina, preciznije 1881., a otkrio ga je njemački fizičar Emil Warburg. Na tom fenomenu, prema kojemu se materijal zagrijava kada se izloži magnetskom polju i ponovno hladi kada se magnetsko polje ukloni, temelji se magnetsko hlađenje. Od odlučne su važnosti za rashladno djelovanje svojstva magnetsko-kalorijskog hlađenja, odnosno dostižna temperaturna razlika kod demagnetizacije. Upravo ovdje nalazi se razlika između prošlosti i sadašnjosti. Nove legure sadrže gadolinij i mangan i odlikuju se svojim visokim magnetsko-kalorijskim efektom. Kroz daljnje materijale kao što su željezo, fosfor, arsen ili nikal optimalizira se rashladno djelovanje i prilagođava primjeni. Time se magnetsko-kalorijski efekt sada može koristiti i kod sobnih temperatura, dok je to prije bilo moguće samo kod jako niskih temperatura okoline i ekstremno jakih magnetskih polja. I potrebna jačina magnetskog polja je danas s 2-3 tesla znatno niža, tako da se mogu koristiti trajni magneti umjesto danas potrebnih supravodljivih magneta – odlučna prednost, jer ovi posljednji ne mogu se koristiti kod sobnih temperatura.

     

    Magnetski rashladni stroj
    Princip magnetskog hlađenja:
    1. Magnetizacija utječe na zagrijavanje materijala
    2. Odvesti/iskoristiti toplinu
    3. Demagnetizacija utječe na hlađenje materijala
    4. Odvesti/iskoristiti hladnoću

     

    Magnetski hladnjak
    Uporaba magnetsko-kalorijskog efekta može uslijediti na različite načine. Osobito zoran primjer daje ‘magnetski hladnjak’ iz Švicarske koji je nagrađen sa Swiss Technology Award 2006., posebnom nagradom Saveznog ureda za energiju i tvrtke ASEA Brown Boveri. Prototip uređaja razvila je Visoka škola za inženjere u Yverdon-Les-Bainsu. Zbog visoke energetske gustoće i visoke sigurnosti, postrojenja su štedljiva glede prostora, lagana i lako prenosiva, dakle idealna za ugradnju u automobile, avione, brodove. Magnetski hladnjak počiva na načelu rotirajućeg izmjenjivača topline iz legure na magnetskoj bazi s visokim magnetsko-kalorijskim efektom koji je na pola strane okružen magnetom. Magnetno polje zagrijava jednu polovinu cilindra, kroz koju primjerice protječe zrak. Ona se zagrijava i tako napaja sustav za grijanje. Ako se pusti da zrak struji kroz drugi dio cilindra, slijedi hlađenje, što stvara bazu za rashladni stroj. Pojednostavnjeno rečeno, okreće se kotač, na jednoj strani izlazi topli zrak (kod magnetizacije), a na drugoj se strani oduzima hladni zrak (kod demagnetizacije). Kroz rotirajući konstrukcijski princip postiže se kontinuirani ciklus s visokim koeficijentima promjene snage. Magnetsko hlađenje već se uspješno koristi i kod većih postrojenja. Tako se francusko poduzeće Cooltech-Applications od 2003. sasvim posvećuje tom području i nudi rješenja prilagođena za prehrambenu industriju i klimatizaciju, za koja ga je francuska vlada nagradila nagradom za inovativne tehnologije.

     

    Ekološki prihvatljivo
    Najvažnije prednosti ‘magnetskog hladnjaka’ i magnetskog hlađenja, općenito gledajući, mogu se sažeti pod višim pojmovima kao što su ekološka prihvatljivost, sigurnost i energetska učinkovitost. Kao radni materijali mogu se koristiti zrak i voda. Uporaba sintetičkih rashladnih sredstava s efektom staklenika kao i gorivih, toksičnih i eksplozivnih supstancija poput amonijaka, butana ili propana nije potrebna. Otpada i uporaba kompresora. To znači da skoro uopće nema vibracija ili šumova, pojava habanja, što je česta pojava kod konvencionalnih strojeva za stlačivanje (kompresiju). To se izbjegava i vijek trajanja se produžava. Termodinamička učinkovitost sustava s magnetskim hlađenjem znatno je viša nego kod konvencionalnih ciklusa stlačivanja. To ide u prilog manje energetske potrošnje, a time i nižih pogonskih troškova. Osim toga, postrojenja su krajnje kompaktna i u načelu se mogu koristiti u širokom području primjene, od dubinskog hlađenja sve do grijanja. Za budućnost se magnetskom hlađenju predviđa veliki potencijal. Glavno područje primjene će, prema svemu sudeći, biti uređaji u donjem području snage, primjerice hladnjaci ili klimatizacijski uređaji u osobnim automobilima. Najvažnije prednosti ‘magnetskog hladnjaka’ i magnetskog hlađenja, općenito gledajući, mogu se sažeti pod višim pojmovima kao što su ekološka prihvatljivost, sigurnost i energetska učinkovitost

     

    Veliki potencijal
    Za budućnost se magnetskom hlađenju predviđa veliki potencijal. Glavno područje primjene će, prema svemu sudeći, biti uređaji u donjem području snage, kao npr. hladnjaci ili klimatizacijski uređaji u osobnim automobilima. To između ostalog ovisi i tome da jačine polja današnjih permanentnih magneta još nisu jako visoke. Još nije u potpunosti poznat utjecaj snažnih magnetnih polja na ljudski organizam, a smetnje u elektroničkim komponentama i u drugim uređajima moraju se spriječiti. Isto tako postoji potreba za istraživanjem u pogledu snage i mehanike.
    Danas poznate konstrukcije imaju limit snage od cca 15 kW, za što je više moguće bolju učinkovitost vrlo su visoki zahtjevi koji se postavljaju stabilnosti i preciznosti rotirajućih sustava. Dakle, vrlo perspektivna tehnologija za koju će sigurno biti mjesta u rashladnoj i klimatizacijskoj tehnici koja još ima nekoliko razvojnih koraka sve do serijske zrelosti.
    https://klimauredjaji.biz

     

    Možda vaš idući hladnjak bude pogonjen magnetima
    Hladnjaci, koji su sastavni dio svake kuhinje, svoj rad posljednjih 100 godina temelje na prilično zastarjeloj i nepromijenjenoj tehnologiji. Sustav kompresora je standardni način hlađenja i stručnjaci kažu kako je pravi čas za promjenu tehnologije, i to one koja dolazi u obliku magneta.Istraživači u laboratorijima američke tvrtke General Electronics predstavili su prototip stroja kojim protječe tekućina na bazi vode kroz seriju magneta. Radi se o inovaciji koja iskorištava staru ideju poznatu pod nazivom magnetokalorični efekt. Pojednostavljeno, efekt pojašnjava što se događa kada određene vrste metalnih slitina postanu vruće u blizini magneta i hladne kada su udaljene od magneta. Za izradu prototipa, uložene su godine rada istraživačkog tima: „ Ovo je važan događaj. Na začetku smo nove revolucije u području rada hladnjaka!“ zaključio je istarživač Venkat Venkatakrishnan. Članovi istraživačkog tima GE laboratorija ocjenjuju da bi magnetski hladnjaci bili energetski učinkovitiji za 20 – 30% u usporedbi sa onima koje pokreće kompresor. Osim toga, za rad im ne bi bile potrebne nikakve kemikalije kojih u standardnim hladnjacima ima u izobilju. Rezultat bi, dakle, trebao uštedjeti energiju i znatno pojednostaviti recikliranje zastarjelog aparata. Ovaj inovativni tip hladnjaka na tržište bi se trebao pojaviti kroz idućih deset godina, što je dobra vijest i za okoliš i obračun struje.
    www.jeftinije.hr
     

    Novi magnetski hladnjaci troše 50% manje električne energije

    Američka tvrtka Cooltech Applications na tržište je izbacila prvi komercijalni magnetski hladnjak. Dani plinsko-kompresorskih hladnjaka uskoro postaju prošlost. Naime, zbog njihove potrošnje električne energije već se neko vrijeme traži zamjena za ovu zastarjelu tehnologiju. Rješenje su novi magnetski hladnjaci koji rade na principu magnetokaloričnog efekta, odnosno promjene temperature materijala prilikom izlaganja magnetskom polju. Magnetokalorični materijali prolaze kroz cikluse magnetiziranja i demagnetiziranja, a voda kao rashladno sredstvo cirkulira kroz sustav i tako prenosi toplinu iz hladnjaka u okolni zrak. Ovakav princip sličan je onome u tradicionalnim hladnjacima koji su imali mnogo više nedostataka. Najznačajniji od njih svakako je velika potrošnja energije budući da hladnjaci rade 24 sata dnevno. Također, zbog kompresora su glasni, a zbog plina kao rashladnog sredstva komplicirani za recikliranje. Magnetski hladnjaci troše do 50% manje električne energije, proizvode puno manje buke i vibracija te zahtijevaju manje održavanja.Magnetsko zračenje je potencijalna opasnost kod ovakvih hladnjaka, ali prema mjerenjima ova zračenja manja su čak i od magnetića koje inače postavljamo na hladnjake. Ova ideja nije potpuna novost, no ovo je prvi proizvod ove vrste koji je dostupan u komercijalnoj verziji. Prije su ovakvi hladnjaci bili preveliki i prekomplicirani za komercijalnu upotrebu. General Electric je prije nekoliko godina uspio smanjiti dimenzije uređaja i njegovu radnu temperaturu dovesti na 44 ⁰C, ali je i taj sistem bio nepogodan za komercijalnu upotrebu. Cooltechov magnetni hladnjak ima 400 W snage hlađenja i radna temperatura mu je između 2 ⁰C i 5 ⁰C, što je pogodno za sigurno skladištenje hrane. Trenutno se ovaj magnetski hladnjak testira na nekoliko lokacija te je u fazi razvoja velika rashladna jedinica snage hlađenja 20 kW.
    https://znanost.geek.hr
    Pročitano 1211 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive