Ученые МГУ выяснили, как увеличить мощность магнитных рефрижераторов

Ученые из МГУ с коллегами из НИТУ МИСИС провели комплексное исследование эксплуатационных характеристик одного из самых перспективных материалов, применяемых в технологии магнитного охлаждения. В ходе проведенных работ были определены оптимальные значения теплофизических, магнитных и прочностных свойств сплавов системы La(Fe,Si)13 с целью обеспечения возможности использования данных материалов в цикле магнитного охлаждения, подразумевающем одновременное воздействие температуры, магнитного поля и внешнего давления. Исследования выполнены при финансировании Минобрнауки России. Результаты работы опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.

«Практическая реализация циклов магнитного охлаждения, использующих материалы, которые обладают одновременным откликом на несколько внешних воздействий, позволит не только расширить диапазон рабочих температур магнитных рефрижераторов за счет смещения точки Кюри рабочего тела под действием поля и давления, но и позволит увеличить холодильную мощность данных устройств»,

– сообщил младший научный сотрудник кафедры магнетизма физического факультета МГУ Алексей Комлев.

Последнее обусловлено эффективным использованием межполюсного объема магнитной системы в разрабатываемых тепловых насосах за счет обеспечения работы хладагента при пиковых значениях магнитокалорического эффекта в широком диапазоне рабочих температур. Кроме того, приложение внешнего давления будет увеличивать значения адиабатического изменения температуры в этих материалах за счет увеличения резкости фазового перехода.

Для расширения диапазона рабочих температур до -20 ÷ 20 ºС требуется приложить к рабочим телам магнитного рефрижератора давление 400 Мпа, поэтому становится чрезвычайно важным изучение механических характеристик последних. Так как эксплуатационные характеристики данного класса материалов зависят от линейных размеров рабочего тела, которое, в свою очередь, должно одновременно обеспечивать эффективный теплоперенос, в работе вначале была оптимизирована геометрия теплообменника. В частности, предложено использовать стержни диаметром до 300 мкм. Использование этого типа теплообменника делает возможным приложение внешнего давления и одновременную реализацию теплообмена между хладагентом и теплоносителем.

Для удовлетворения требований разрабатываемого цикла магнитного охлаждения, при котором рабочее тело находится под одновременным действием нескольких обобщенных сил, изготовленные элементы теплообменников были армированы за счет формирования фазы железа в стрежнях. Последнее сдерживает распространение трещин.