Magnetisch koelen

Samenvatting

Door magnetisch te koelen, waarbij warmte uit de omgeving wordt onttrokken door een nieuw ontwikkelde legering wisselend in en uit een magneetveld te halen, kunnen betere koelsystemen worden ontworpen.
 

Magnetisch koelen

11 sep 2011     De stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie, Fom, en het chemieconcern BASF gaan de komende vier jaar goedkopere
legeringen ontwikkelen voor magnetisch koelen. Samen leggen zij vijf miljoen euro in.

Magnetocalorische materialen warmen op in een magneetveld. Als ze er vervolgens uit worden getrokken, daalt hun temperatuur weer. Hierdoor is een warmtepomp gebaseerd op magnetocalorische materialen een goed alternatief voor traditionele koelsystemen, die gebruik maken van gascompressie en condensatie.
Het verschijnsel is ontdekt door de Duitse fysicus Emil Warburg in 1880 en de theoretische verklaring werd gegeven door Debye in 1926 en Giauque in 1927. De eerste werkende koelapparaten werden in 1933 gemaakt en gebruikt voor het koelen van vloeibaar helium tot onder de 0,3 graad Kelvin.
Tot nog toe waren de materialen met deze eigenschappen eerder zeldzaam en enkel werkzaam bij lage temperaturen. Toepassingen bij kamertemperatuur werd pas mogelijk na de ondekking van een nieuweklasse magnetocalorische materialen door de groep van prof Bruck , Universiteit van Delft.

Magnetische koeling is een veelbelovende techniek waarmee energieverbruik gereduceerd kan worden. Op basis van de theorie kan er maximaal vijftig procent bespaard worden. Een bijkomend voordeel is dat koelelementen gebaseerd op een magnetische koelcyclus relatief klein zijn. Hierdoor zijn ze zeer geschikt voor de koeling van zeer verschillende apparaten, van kleine elektronische componenten tot koelkasten en airconditioners

BASF ontwikkelt productiefaciliteiten voor koelpoeder dat is te verwerken tot metalen platen of staven. Het poeder bestaat
uit nanodeeltjes van mangaan, ijzer, fosfor en silicium.
Het probleem is dat het huidige poeder een magneetveld van 1 Tesla nodig heeft. Dat lukt alleen met permanente magneten van het zeldzame metaal Neodymium, dat in de laatste tien jaar vijf keer zo duur is geworden'. Daarom zijn de eerste generatie magnetische koelinstallaties gericht op nichemarkten, zoals die van opslag van medicijnen of dure wijnen waarbij de trillingen van compressie koelkasten het product beschadigen, of voor
kantoren die met stillere airconditioners willen werken.
BASF en Fom starten de nieuwe samenwerking om koelpoeders te ontwerpen die genoeg hebben aan een magneetveld van 1/2 Tesla. 'Die kun je maken met veel goedkopere metalen.' Aan de universiteiten in Delft en Nijmegen wordt de werking van de poeders verder onderzocht.

(Pieter J.T.Bruinsma, PA0PHB) 

Referenties, informatie:

FOM => Novel Materials for Magnetic Refrigeration
FOM => nieuwsbericht over magnetisch koelen
UVA => Tegusi's proefschrift: Novel Materials for Magnetic Refrigeration

 Model van de atomaire struktuur
Model van de atomaire struktuur

Japanse uitvoering van een magnetische koelmachine
Japanse uitvoering van een magnetische koelmachine

lll