5 دسامبر 2024 -توسط آزمایشگاه ملی ایمز-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
تیمی از محققان از آزمایشگاه ملی آمز وزارت انرژی ایالات متحده یک پمپ حرارتی مغناطیسی کالری تولید کردند که با پمپ های حرارتی فشرده سازی بخار فعلی از نظر وزن، هزینه و عملکرد مطابقت دارد.دستگاه های گرمایشی و سرمایشی فعلی مبتنی بر فناوری فشرده سازی بخار هستند که بیش از 100 سال قدمت دارد. آنها متکی به مبردهایی هستند که در انتشار کربن جهانی نقش دارند و هنگامی که نشت می کنند مواد شیمیایی برای مردم و محیط زیست مضر هستند.
پمپ های حرارتی مغناطیسی یک جایگزین امیدوارکننده برای سرمایش و گرمایش هستند. آنها می توانند انتشار مبرد را حذف کنند و برای کارکردن به انرژی کمتری نیاز دارند. تا به حال، دستگاه های مغناطیسی کالری با کمپرسورهای بخار در هر سه جنبه وزن، هزینه و عملکرد مطابقت نداشته اند.
جولی اسلاتر، رهبر تیم تحقیقاتی، توضیح داد که تحقیقات آنها با ساخت یک پمپ حرارتی مغناطیسی کالری آغاز شد. او گفت: «ما ابتدا به آنچه در آنجا وجود دارد و اینکه دستگاه‌های مغناطیسی کالری موجود چقدر به کمپرسورهای منطبق نزدیک هستند، نگاه کردیم. “بعد، یک طرح پایه ایجاد کردیم و سپس پرسیدیم، “خوب، حالا تا کجا می توانیم فناوری را پیش ببریم؟”
این کار در مجله Applied Energy منتشر شده است.
یک پمپ حرارتی مغناطیسی با تغییر میدان مغناطیسی اعمال شده به یک ماده مغناطیسی کالری در حالی که سیال را برای حرکت گرما پمپ می کند، کار می کند. Slaughter توضیح داد که این کار معمولاً با آهنرباهای دائمی انجام می شود. هسته دستگاه شامل چرخاندن آهنرباهای دائمی نسبت به مواد مغناطیسی کالری و استفاده از فولاد مغناطیسی برای حفظ میدان مغناطیسی است. چیدمان این سه قطعه نقش مهمی در پیش‌بینی‌های تیم بازی می‌کند، زیرا آنها چگونگی متراکم کردن پمپ حرارتی را بررسی کردند.
بخش دیگری از تحقیقات آنها شامل ارزیابی دو ماده مغناطیسی کالری رایج مورد استفاده در این پمپ های حرارتی بود. مواد مبتنی بر گادولینیوم و لانتانیم-آهن-سیلیکون-هیدرید.
“در دستگاه پایه خود، ما آن را با استفاده از یک ماده واحد، گادولینیوم، ساده نگه داشتیم. مواد لانتانیم-آهن-سیلیکون توانایی بالاتری نسبت به گادولینیوم دارند. بنابراین، این به طور طبیعی چگالی توان را افزایش می دهد. آنها به راحتی در دسترس نیستند و برای دستیابی به عملکرد خوب، به چندین ماده در یک دستگاه نیاز دارید. در ارزیابی‌های خود، ما تخمین‌هایی از عملکرد LaFeSi برای دستگاه‌های پرمصرف در نظر گرفتیم.
تیم Slaughter بر روی استفاده کارآمدتر از فضا و مواد و کاهش مقدار مواد مغناطیسی دائمی و فولاد مغناطیسی مورد نیاز برای پمپ برای کارکرد موثر متمرکز شد. این تلاش ها کمک کرد تا قطعات هسته سیستم با وزن کمپرسورهای موجود امروزی مطابقت داشته باشند.
اسلاتر گفت: «ما توانستیم نشان دهیم که با چگالی توان برخی از کمپرسورهایی که امروزه در بازار وجود دارند، رقابتی هستیم. آهنرباهای دائمی و فولاد مغناطیسی بیشتر جرم را تشکیل می دهند تا مواد مغناطیسی کالری گران قیمت، و این واقعاً برای مقرون به صرفه بودن مفید است. ما فرض کردیم، اگر وزن دستگاه تقریباً یکسان باشد، هزینه در تولید انبوه تقریباً یکسان خواهد بود. “
