سرمایش مغناطیسی چیست و چه کاربری در سرمایش سردخانه‌ها دارد؟ + هزینه پیاده‌سازی
سرمایش مغناطیسی یکی از تکنولوژی‌های بدیع تبریدی‌ست که با کمک اثر مغناگرمایی کار می‌کند. این روش در سال‌های اخیر توانسته طرفداران بسیاری را به خود جمع کند. با توجه به این‌که بازده سردخانه در هنگام استفاده از این تکنیک بسیار بالاتر است و مصرف انرژی سیستم تبریدی به‌شدت پایین می‌آید، دانشمندان تخمین می‌زنند که به زودی، این روش یکی از روش‌های رایج برای سرمایش سردخانه‌ها خواهد شد.
نظر به همه‌گیری و گسترش جالب‌توجهِ گرمایش مغناطیسی در جهان، بازرگانی گرام در این مقاله به بررسی این مدلِ برودتی خواهد پرداخت. در ادامه نیز همراه ما باشید.
سرمایش مغناطیسی چیست؟
همان‌طور که پیش از این به تعریف سرمایش مغناطیسی پرداختیم، این روش یکی از تکنیک‌های برودتی‌ست که در آن، از انرژی magnetocaloric یا مغناگرمایی در چرخه‌ی تبریدی استفاده می‌شود. به عبارت ساده‌تر، این تکنیک می‌تواند با اعمال تغییر در میدان مغناطیسی، موجب بالا رفتن حرارت محیط یا کاهش دمای آن شود. در این فرآیند، از آلیاژهای فلزی یا برخی عناصر نادر طبیعی استفاده می‌شود تا بتوان دما را با کمک نیروی مغناطیسیِ ایجاد‌شده، تحت کنترل گرفت. از این تکنیک به طور ویژه می‌توان برای پروژه‌هایی استفاده کرد که نیاز به دماهای بسیار پایین دارند. به‌علاوه تجربه ثابت کرده است که از این میدان‌های مغناطیسی می‌توان در یخچال‌های صنعتی و خانگی نیز استفاده کرد.
نیروی مغناگرمایی در زمانی که میدان مغناطیسی در محیط اعمال می‌شود، شروع به جذب گرما و خنک کردن محیط می‌کند. وقتی هم که میدان مغناطیسی غیرفعال شود، محیط به دمای سابقِ خود بازمی‌گردد. برای این‌که در سیستم‌های مغناطیسی بیش‌ترین بازده از سیستم تبریدی به‌دست آید، ماده‌ی مغناطیسی در حالت مغناگرمایی قرار می‌گیرد و حرارت از خود ساطع می‌کند. سپس میدان مغناطیسی غیرفعال می‌شود و ماده به دمایی پایین‌تر از دمای ابتدایی خود می‌رسد.
این پدیده نخستین بار در سال ۱۸۸۱ و توسط یک فیزیک‌دان آلمانی به نام امیل واربورگ مشاهده شد. سپس فیزیک‌دانی فرانسوی به نام ویس و فیزیک‌دانی سوئیسی به نام پیکارد در سال ۱۹۱۷ از آن بهره گرفتند. اولین سیستم تبریدی که با کمک این تکنیک کار کرد، تعدادی یخچال‌های ابتدایی بودند که در سال ۱۹۳۳ ساخته و پرداخته شدند. سرمایش مغناطیسی یکی از اولین متدهایی بود که برای رسیدن به دمای ۰.۳ کلوین (–272.85 °C) مورد استفاده قرار گرفت. دمایی که پیش از این تنها از طریق پمپاژ بخار هلیوم-۳ ممکن بود.
مثالی از سیستم‌های تبرید مغناطیسی
یکی از مهم‌ترین مثال‌ها برای شناسایی عملکرد سیستم سرمایش مغناطیسی و نحوه‌ی عملکردِ اثر مغناگرمایی، کاربرد عنصر گادولینیوم در سیستم‌های تبریدی‌ست. گادولینیوم وقتی در یک میدان مغناطیسی قرار بگیرد، دچار افزایش حرارت می‌شود. وقتی میدان مغناطیسی را از سیستم خارج کنیم، گادولینیوم حرارت خود را از دست می‌دهد، دمای آن دچار افت شدید می‌شود و محیط را نیز خنک می‌سازد. یکی از قدرتمندترین آلیاژهای گادولینیوم که در این صنعت از آن به وفور استفاده می‌شود، Gd5 یا Si2Ge2 است.
از سیستم مغناتبرید یا سرمایش مغناطیسی کجا استفاده می‌شود؟
سرمایش مغناطیسی (این روش به نام‌های تبرید مغناطیسی یا مغناتبرید هم شناخته می‌شود)، کاربردهای مختلفی دارد. به عنوان مثال می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- یخ‌سازها
- یخچال‌ها و سیستم‌های تبریدی مادون‌سرما
- سیستم‌های تهویه مطبوع
- یخچال‌های ویترینی
- چیلرها
تبرید مغناطیسی تا چه حد اثربخش است؟
بازده سرمایش مغناطیسی حدودا بین ۳۰ الی ۶۰ درصد از چرخه‌ی کارنو است. این در حالی‌ست که در بالاترین حد، سیستم‌های سنتی تبریدی نهایتا بین ۵ الی ۱۰ درصد بازدهی موثر داشتند. یافته‌هایی وجود دارند که نشان می‌دهند حدودِ ۵ تسلا میدان مغناطیسی، می‌تواند بالغ بر ۶۰۰ وات قدرت سرمایشی داشته باشد. به‌علاوه، با وجود COP حدودا ۱۵، بازدهی مغناتبریدها در چرخه‌ی کارنو به حدود ۶۰ درصد می‌رسد.
مزایا و معایب سیستم‌های تبریدی که با انرژی مغناطیسی کار می‌کنند چیست؟
بیایید نگاهی به مزایا و معایب کلیِ سرمایش مغناطیسی، نسبت به سیستم‌های سنتی بیندازیم:
مزایای سیستم‌های سرمایش مغناطیسی :
- بازده بالای انرژی: سرمایش مغناطیسی تا حدی باورنکردنی، بازده بالایی از حیث انرژی دارد. این سیستم از الکتریسیته‌ی کم‌تری در مقایسه با سیستم‌های سنتی استفاده می‌کند. علاوه بر این، این سیستم به جای استفاده از سیستمِ فشرده‌کننده و منبسط‌کننده‌ی گاز سردخانه، تنها بر میدان مغناطیسی متکی خواهد بود.
- اثرات زیست‌محیطی: سرمایش مغناطیسی اثرات زیست‌محیطی بسیار کم‌تری در مقایسه با سیستم‌های سرمایش سنتی دارد. بماند که این سیستم‌ها با گازهای مضری هم‌چون سی‌اف‌سی‌ها و اچ‌اف‌سی‌ها هم کار نمی‌کنند.
- عملکرد بی‌صدا و آرام: این سیستم‌ها نسبت به سیستم‌های سرمایشی سنتی کم‌صداترند و قطعات مکانیکیِ متحرک کم‌تری دارند.
- تعداد قطعات کم‌تر: نظر به کم‌تر بودن تعداد قطعات متحرک در سیستم‌های سرمایش مغناطیسی، احتمال خرابی و نقص فنی در این سیستم‌ها پایین‌تر است.
معایب سیستم‌های سرمایش مغناطیسی :
- سیستم سرمایش مغناطیسی هم‌چنان در مرحله‌ی آزمایش و توسعه است. بنابراین نظر به آن‌که این سیستم‌ها چندان رایج نیستند، نگهداری و حفظ آن‌ها هزینه‌ی بالاتری خواهد داشت، در صورت خرابی، قطعات آن به سادگی در اختیار نخواهد بود و استفاده از آن‌ها ریسک بالایی خواهد داشت.
- هزینه‌ی استفاده و بهره‌برداری از این سیستم می‌تواند بسیار بالا باشد.
هزینه‌ی راه‌اندازی یک سیستم تبرید مغناطیسی چقدر خواهد بود؟
هزینه‌ی بکارگیری و راه‌اندازی سیستم سرمایش مغناطیسی، کاملا به مواد مورد استفاده در سیستم و کاربرد خاص آن بستگی دارد. اخیرا، مطالعات نشان داده‌اند که احتمالا بتوان راهی کم‌هزینه‌تر و با بازدهی بالاتر، برای راه‌اندازی سیستم‌های تبریدی مغناطیسی جایگزین نمود. این سیستم از فلز YbCu4Ni (فرمیون سنگین بر پایه‌ی ایتربیوم)، با انرژی مغناطیسی ۰.۲ تسلا استفاده می‌کند.
موادی که در این سیستم به کار رفته‌اند، همگی هزینه پایینی دارند، شدیدا رسانای گرما هستند و گرمای ویژه‌ی آن‌ها بالاست (موردی که برای سیستم‌های تبریدی مغناطیسی اهمیت بسیار زیادی دارد). به گفته‌ی محققان، آن‌ها توانسته‌اند هزینه‌ی کاربریِ این سیستم را در مجموع، به حدودِ ۱۴۰ دلار برسانند. با وجود این‌که این هزینه بسیار پایین است، ریسک بالای این سیستم و در حال توسعه بودن آن، ثابت می‌کند که هم‌چنان باید منتظر تحولات بیشتری در این صنعت باشیم.
آیا سیستم سرمایش مغناطیسی به کمپرسور و گاز سردخانه نیاز دارد؟
خیر. سیستم سرمایش مغناطیسی نیازی به کمپرسور سردخانه یا گاز سردخانه ندارد. این سیستم به جای تجهیزات مذکور، از میدان مغناطیسی استفاده می‌کند که با فعال‌شدن، موجب گرم شدن فلز مغناطیسی و با غیرفعال شدن، موجب افت دمای آن می‌شود. این روش، یکی از بهترین روش‌های محافظت از محیط زیست، در عین برقراری دمایِ ایده‌آل در محیط است. دلیل آن هم این است که سیستم دیگر از سی‌اف‌سی‌ها و اچ‌اف‌سی‌ها استفاده نمی‌کند و از این رو، اثرات سوء کم‌تری بر محیط زیست خواهد داشت.
برای خرید تجهیزات و قطعات سردخانه، بازرگانی گرام همراه شماست!
شما می‌توانید جهت خریداری قطعات سردخانه، استعلام قیمت محصولات روزِ صنعت تبریدی یا مشاوره‌ی ساخت سردخانه، با متخصصان بازرگانی گرام در تماس باشید.
