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Montag, 18.08.2003
Magnetische Kühlung
Die Suche nach alternativen Methoden der Kälteerzeugung hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. In den industriell entwickelten Ländern verbrauchen unterschiedliche Kühl- und Gefriergeräte einen wesentlichen Teil der Energie. Konventionelle Kühlmaschinen enthalten Komponenten (Kompressor, Verdampfer und Wärmetauscher), in denen viel unumkehrbare Arbeit erfolgt. Aus diesem Grund sind die Kompressor-Kühlmaschinen relativ ineffizient.
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Eine Alternative basiert auf der Ausnutzung der Fähigkeit paramagnetischen Materials, seine Temperatur und Entropie unter dem Einfluss eines Magnetfelds zu ändern (der magnetokalorische Effekt, MKE).
Magnetokalorische Erhitzung und Abkühlung sind im Gegensatz zur Kompression des Kühlmitteldampfes im Arbeitszyklus eines gewöhnlichen Kühlschranks praktisch umkehrbare thermodynamische Prozesse. Theoretische Berechnungen sowie Experimente zeigen, dass magnetische Kühlanlagen einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Wirtschaftlichkeit besitzen. Im Bereich der Zimmertemperatur sind sie potentiell um 20-30% effizienter, als die Kompressor-Kühlschränke.
Die Effizienz der magnetischen Kühlung hängt entscheidend von den Eigenschaften des magnetischen Arbeitskörpers ab. In Russland wird seit vielen Jahren an optimalen Materialzusammensetzungen für die magnetische Kühlung in verschiedenen Temperaturbereichen geforscht. U. a. wurde festgestellt, dass die Rhodium-Eisen-Legierung Fe49Rh51 den stärksten bekannten spezifischen MKE hat.
Für den praktischen Einsatz ist ein superparamagnetischer Arbeitskörper entwickelt worden, der aus magnetischen Kernkomplexen von Metallen besteht. Die Kernkomplexe enthalten die Metalle Fe, Ni, Mn und Cr, oder Nd, Gd, Tb und Tm oder deren Mischung. Die Kernkomplexe werden auf ein hochporiges nichtmagnetisches Trägermaterial (Al2O3 oder SiO2) aufgetragen. Der Arbeitskörper kann effektiv in Kühlanlagen eingesetzt werden, die Temperaturen bis 20-50 K erreichen. Momentan wird am Prototyp einer Dauermagnetkühlmaschine gearbeitet, die dieses Material verwendet.
Quelle: Advanced Magnetic Technologies & Consulting
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