Tieteenkuvalehden artikkeli:"Magneetti viilentää jääkaapin". Tässäkö ilmalämpöpumppujen uusi sukupolvi 
-->>--
Magneetti viilentää jääkaapin
Tulevaisuuden jääkaapin pitää kylmänä magneetti. Tekniikkaa on jo käytössä fysiikan laboratorioissa, ja nyt on kehitteillä keittiöön sopiva ratkaisu. Magneettijääkaappi kuluttaa vähemmän sähköä kuin nykyiset kylmälaitteet eikä tarvitse vahingollisia hiilivetyjä pysyäkseen viileänä.
Teksti: Rolf Haugaard Nielsen
Teollisuusmaissa noin neljännes kotitalouksien sähkönkulutuksesta menee jääkaapin ja pakastimen jäähdyttämiseen. Kylmäkalusteiden energiatehokkuutta on tosin parannettu, mutta nykytekniikalla niiden sähkönkulutusta on vaikeaa saada enää kovin paljon nykyistä pienemmäksi. Luvassa on kuitenkin ratkaisu, joka kuluttaa jopa 60 prosenttia vähemmän sähköä kuin energiapiheimmät nykyjääkaapit.
Nykyisten jääkaappien toiminta perustuu kompressoriin. Se kierrättää jääkaapin putkistossa jäähdytysainetta, joka muuttuu kaapin sisäpuolella olevassa höyrystimessä kaasuksi ja sitoo samalla itseensä lämpöä. Sitten kaasu johdetaan kaapin ulkopuolella olevaan lauhduttimeen, jossa se luovuttaa lämpöä tiivistyessään taas nesteeksi.
Tulevaisuuden energiansäästöjääkaapit perustuvat kompressorin sijaan magneettiin. Magneettijäähdytystä on käytetty laboratorioissa muun muassa kokeissa, joissa tavoitellaan lähes absoluuttisen nollapisteen (-273,15 °C) lämpötilaa. Viime vuosina Euroopassa, Japanissa ja Yhdysvalloissa on kehitetty tekniikasta sovelluksia, joilla tavoitellaan arkikäytössä tarpeellisempia lämpötiloja.
Jokin aika sitten Tanskan teknisessä yliopistossa saatiin aikaiseksi suhteellisen edullinen keraaminen jäähdytysmagneetti, joka laski lämpötilan 20:stä 11 asteeseen. Tämä ei vielä riitä, mutta tutkijat uskovat kehittävänsä muutaman vuoden kuluessa mallin, jolla saavutetaan oikea jääkaappilämpötila.
Magneettijääkaappi ei melua
Alkuvaiheessa magneettijäähdyttimet ovat todennäköisesti liian kalliita joka kodin kylmäkalusteisiin. Ne yleistynevät ensin suurissa kylmiöissä ja kauppojen pakastealtaissa ja varsinkin sellaisissa paikoissa, joissa kompressorijääkaapin hurina häiritsee. Magneettijäähdytin ei pidä ääntä juuri lainkaan.
Keraamisiin jäähdytinmagneetteihin perustuvat kylmälaitteet ovat pitkäikäisiä, sillä keraamit eivät ruostu. Jäähdytysaineena voidaan käyttää vettä.
Nykyjääkaappien jäähdytysaineet, fluoratut hiilivedyt, ovat kasvihuonekaasuja. Niiden osuus ihmisen aiheuttamasta kasvihuoneilmiön kiihtymisestä on 1,5 prosenttia. Kylmälaitteiden yleistyessä kehitysmaissa hiilivetyjen osuuden uskotaan nousevan 8 prosenttiin vuoteen 2050 mennessä, ellei sitä ennen siirrytä magneettijääkaappeihin.
Värähtely lämmittää rautatangon
Magneettijäähdytys perustuu magnetokaloriseen ilmiöön, joka havaittiin 1881. Sen mukaan magnetisoituva kappale lämpenee joutuessaan magneettikenttään ja jäähtyy poistuessaan siitä.
Magnetokalorinen ilmiö puolestaan selittyy termodynamiikan laeista. Niiden mukaan epäjärjestyksen määrä suljetussa järjestelmässä on vakio. Jos esimerkiksi rautatanko lämpöeristetään ja viedään magneettikenttään, sattumanvaraisessa järjestyksessä olevat rauta-atomit järjestyvät samansuuntaisiksi. Tämän järjestyksen vastapainoksi syntyy epäjärjestystä raudan kidehilan värähtelynä, jolloin tanko lämpenee. Kun magneettikenttä poistetaan, rauta-atomit palaavat epäjärjestykseen ja tanko taas jäähtyy.
Magnetokalorinen ilmiö jäähdyttää jääkaappia nelivaiheisessa prosessissa. Ensin kestomagneetti magnetisoi jäähdytinmagneetin, jolloin se lämpenee. Lämpö poistetaan lämmönvaihtimella, jolloin tuloksena on jäähdytinmagneetti, joka on sekä magneettinen että kylmä.
Kun magneettisuus poistetaan, jäähdytinmagneetti kylmenee edelleen. Sitten toinen lämmönvaihdin tuo magneettiin lämpöä jääkaapista, jolloin sisätila viilenee. Lämmönvaihtimien välillä kiertävä jäähdytysneste johtaa lämmön kaapin ulkopuoliseen lauhduttimeen.
Magneettijääkaapin vähäinen sähkönkulutus perustuu siihen, että magnetokalorinen ilmiö on reversiibeli eli ennalleen palautuva prosessi. Energiaa ei häviä jäähdytinmagneetin magnetisoituessa eikä magneettisuuden poistuessa.
Magneettisuus katoaa kuumassa
Kaikki aineet menettävät magneettisuutensa tietyssä lämpötilassa. Esimerkiksi raudan magneettisuus katoaa 770 asteessa. Magnetokalorinen ilmiö on voimakkainta juuri tämän niin sanotun Curien lämpötilan alapuolella. Siksi jääkaappeihin tarvitaan magneettisia aineita, joiden Curien lämpötila on suunnilleen huoneenlämpötilan tasolla. Tällainen aine on gadolinium-niminen metalli.
Amesin tutkimuslaitoksessa Texasissa on tutkittu gadoliniumin ja piin ja germaniumin seoksia. Niillä on saatu lämpötila laskemaan huoneenlämmöstä 20 pakkasasteeseen. Käytetyt seokset eivät kuitenkaan sellaisinaan sovellu jääkaappien jäähdyttimiksi, sillä ne ovat kalliita ja hyvin alttiita korroosiolle.
Tanskan teknisen yliopiston Risøn tutkimuskeskuksen MagCool-hankkeessa tutkitaan lantaani-manganiittiyhdisteestä tehtyjä keraamisia magneetteja, jotka sisältävät pieniä määriä kalsiumia ja strontiumia. Niihin ei korroosio pure, ja ne ovat halvempia ja helpommin muokattavia kuin metalliseokset.
Keraaminen jäähdytin kylmenee sitä nopeammin, mitä voimakkaammalle magneettikentälle se altistetaan. Kokeissa on käytetty raudasta, boorista ja neodymiumista tehtyjä tehokkaimpia tunnettuja kestomagneetteja. Kehitteillä on kuitenkin kestomagneetteja, jotka luovat niitäkin vahvemman magneettikentän.
Tanskalaistutkijat arvioivat, että ensimmäinen magneettijääkaapin prototyyppi saadaan valmiiksi 2010.
Alla on lueteltu artikkelin lähdeaineisto. Lähdeluettelon avulla lukijat voivat halutessaan etsiä lisätietoja.
Toimitus ei anna artikkeleja varten haastateltujen tutkijoiden tai artikkelin kirjoittajien yhteystietoja.
Julkaisut:
"MagCool Project description", Risø National Laboratory Technical University of Denmark
Verkkosivut:
http://www.risoe.dk/News_archives/News/2007/0820_magnetisk_koeling.asp
x?sc_lang=en
--<<--
Lähde: http://www.tieteenkuvalehti.com/polopoly.jsp?d=157&a=4671&id=1203
-->>--
Magneetti viilentää jääkaapin
Tulevaisuuden jääkaapin pitää kylmänä magneetti. Tekniikkaa on jo käytössä fysiikan laboratorioissa, ja nyt on kehitteillä keittiöön sopiva ratkaisu. Magneettijääkaappi kuluttaa vähemmän sähköä kuin nykyiset kylmälaitteet eikä tarvitse vahingollisia hiilivetyjä pysyäkseen viileänä.
Teksti: Rolf Haugaard Nielsen
Teollisuusmaissa noin neljännes kotitalouksien sähkönkulutuksesta menee jääkaapin ja pakastimen jäähdyttämiseen. Kylmäkalusteiden energiatehokkuutta on tosin parannettu, mutta nykytekniikalla niiden sähkönkulutusta on vaikeaa saada enää kovin paljon nykyistä pienemmäksi. Luvassa on kuitenkin ratkaisu, joka kuluttaa jopa 60 prosenttia vähemmän sähköä kuin energiapiheimmät nykyjääkaapit.
Nykyisten jääkaappien toiminta perustuu kompressoriin. Se kierrättää jääkaapin putkistossa jäähdytysainetta, joka muuttuu kaapin sisäpuolella olevassa höyrystimessä kaasuksi ja sitoo samalla itseensä lämpöä. Sitten kaasu johdetaan kaapin ulkopuolella olevaan lauhduttimeen, jossa se luovuttaa lämpöä tiivistyessään taas nesteeksi.
Tulevaisuuden energiansäästöjääkaapit perustuvat kompressorin sijaan magneettiin. Magneettijäähdytystä on käytetty laboratorioissa muun muassa kokeissa, joissa tavoitellaan lähes absoluuttisen nollapisteen (-273,15 °C) lämpötilaa. Viime vuosina Euroopassa, Japanissa ja Yhdysvalloissa on kehitetty tekniikasta sovelluksia, joilla tavoitellaan arkikäytössä tarpeellisempia lämpötiloja.
Jokin aika sitten Tanskan teknisessä yliopistossa saatiin aikaiseksi suhteellisen edullinen keraaminen jäähdytysmagneetti, joka laski lämpötilan 20:stä 11 asteeseen. Tämä ei vielä riitä, mutta tutkijat uskovat kehittävänsä muutaman vuoden kuluessa mallin, jolla saavutetaan oikea jääkaappilämpötila.
Magneettijääkaappi ei melua
Alkuvaiheessa magneettijäähdyttimet ovat todennäköisesti liian kalliita joka kodin kylmäkalusteisiin. Ne yleistynevät ensin suurissa kylmiöissä ja kauppojen pakastealtaissa ja varsinkin sellaisissa paikoissa, joissa kompressorijääkaapin hurina häiritsee. Magneettijäähdytin ei pidä ääntä juuri lainkaan.
Keraamisiin jäähdytinmagneetteihin perustuvat kylmälaitteet ovat pitkäikäisiä, sillä keraamit eivät ruostu. Jäähdytysaineena voidaan käyttää vettä.
Nykyjääkaappien jäähdytysaineet, fluoratut hiilivedyt, ovat kasvihuonekaasuja. Niiden osuus ihmisen aiheuttamasta kasvihuoneilmiön kiihtymisestä on 1,5 prosenttia. Kylmälaitteiden yleistyessä kehitysmaissa hiilivetyjen osuuden uskotaan nousevan 8 prosenttiin vuoteen 2050 mennessä, ellei sitä ennen siirrytä magneettijääkaappeihin.
Värähtely lämmittää rautatangon
Magneettijäähdytys perustuu magnetokaloriseen ilmiöön, joka havaittiin 1881. Sen mukaan magnetisoituva kappale lämpenee joutuessaan magneettikenttään ja jäähtyy poistuessaan siitä.
Magnetokalorinen ilmiö puolestaan selittyy termodynamiikan laeista. Niiden mukaan epäjärjestyksen määrä suljetussa järjestelmässä on vakio. Jos esimerkiksi rautatanko lämpöeristetään ja viedään magneettikenttään, sattumanvaraisessa järjestyksessä olevat rauta-atomit järjestyvät samansuuntaisiksi. Tämän järjestyksen vastapainoksi syntyy epäjärjestystä raudan kidehilan värähtelynä, jolloin tanko lämpenee. Kun magneettikenttä poistetaan, rauta-atomit palaavat epäjärjestykseen ja tanko taas jäähtyy.
Magnetokalorinen ilmiö jäähdyttää jääkaappia nelivaiheisessa prosessissa. Ensin kestomagneetti magnetisoi jäähdytinmagneetin, jolloin se lämpenee. Lämpö poistetaan lämmönvaihtimella, jolloin tuloksena on jäähdytinmagneetti, joka on sekä magneettinen että kylmä.
Kun magneettisuus poistetaan, jäähdytinmagneetti kylmenee edelleen. Sitten toinen lämmönvaihdin tuo magneettiin lämpöä jääkaapista, jolloin sisätila viilenee. Lämmönvaihtimien välillä kiertävä jäähdytysneste johtaa lämmön kaapin ulkopuoliseen lauhduttimeen.
Magneettijääkaapin vähäinen sähkönkulutus perustuu siihen, että magnetokalorinen ilmiö on reversiibeli eli ennalleen palautuva prosessi. Energiaa ei häviä jäähdytinmagneetin magnetisoituessa eikä magneettisuuden poistuessa.
Magneettisuus katoaa kuumassa
Kaikki aineet menettävät magneettisuutensa tietyssä lämpötilassa. Esimerkiksi raudan magneettisuus katoaa 770 asteessa. Magnetokalorinen ilmiö on voimakkainta juuri tämän niin sanotun Curien lämpötilan alapuolella. Siksi jääkaappeihin tarvitaan magneettisia aineita, joiden Curien lämpötila on suunnilleen huoneenlämpötilan tasolla. Tällainen aine on gadolinium-niminen metalli.
Amesin tutkimuslaitoksessa Texasissa on tutkittu gadoliniumin ja piin ja germaniumin seoksia. Niillä on saatu lämpötila laskemaan huoneenlämmöstä 20 pakkasasteeseen. Käytetyt seokset eivät kuitenkaan sellaisinaan sovellu jääkaappien jäähdyttimiksi, sillä ne ovat kalliita ja hyvin alttiita korroosiolle.
Tanskan teknisen yliopiston Risøn tutkimuskeskuksen MagCool-hankkeessa tutkitaan lantaani-manganiittiyhdisteestä tehtyjä keraamisia magneetteja, jotka sisältävät pieniä määriä kalsiumia ja strontiumia. Niihin ei korroosio pure, ja ne ovat halvempia ja helpommin muokattavia kuin metalliseokset.
Keraaminen jäähdytin kylmenee sitä nopeammin, mitä voimakkaammalle magneettikentälle se altistetaan. Kokeissa on käytetty raudasta, boorista ja neodymiumista tehtyjä tehokkaimpia tunnettuja kestomagneetteja. Kehitteillä on kuitenkin kestomagneetteja, jotka luovat niitäkin vahvemman magneettikentän.
Tanskalaistutkijat arvioivat, että ensimmäinen magneettijääkaapin prototyyppi saadaan valmiiksi 2010.
Alla on lueteltu artikkelin lähdeaineisto. Lähdeluettelon avulla lukijat voivat halutessaan etsiä lisätietoja.
Toimitus ei anna artikkeleja varten haastateltujen tutkijoiden tai artikkelin kirjoittajien yhteystietoja.
Julkaisut:
"MagCool Project description", Risø National Laboratory Technical University of Denmark
Verkkosivut:
http://www.risoe.dk/News_archives/News/2007/0820_magnetisk_koeling.asp
x?sc_lang=en
--<<--
Lähde: http://www.tieteenkuvalehti.com/polopoly.jsp?d=157&a=4671&id=1203