Magneettijääkaappi

Wikipediasta
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
1. Kestomagneetti magnetisoi jäähdytinmagneetin, mikä aiheuttaa lämpenemistä jäähdytinmagneetissa.
2. Lämpö poistetaan lämmönvaihtimella. Jäähdytinmagneetti on tämän vuoksi kylmempi ja magneettinen.
3. Jäähdytysmagneetti poistetaan magneettikentästä, minkä takia se menettää magneettisuutensa ja sisäilman lämpötila viilenee. Tämän jälkeen jäähdytysneste tuo magneetille lämpöä jääkaapista.
4. Lämmönvaihtimien välillä kiertävä jäähdytysneste johdetaan kaapin ulkopuoliseen lauhduttimeen.[1]
Kierto alkaa uudelleen vaiheesta 1
Analogia magneettijääkaapin ja kompressorijääkaapin kierrosta. H = Magneettikenttä; Q = Lämmön määrä; P = Paine; ΔTad = Adiabaattinen lämmönvaihtelu.

Magneettijääkaappi on tutkimus- ja kehitysvaiheessa oleva magnetokalorista ilmiötä hyödyntävä jääkaappiteknologia.[1][2][3][4]

Magnetokalorinen ilmiö havaittiin 1881. Kun lämmöneristyksellä suojattua tavanomaisesti paramagneettista ainetta altistetaan ulkoiselle magneettikentälle sen lämpötila nousee (kuitenkin joidenkin aineiden kohdalla lämpötila laskee[5]). Ulkoisen magneettikentän poistamisen yhteydessä ilmiö tapahtuu käänteisesti eli lämpötila laskee.[6][5] Ilmiön valjastaminen jääkaappeihin perustuu termodynamiikan lakeihin. Esimerkiksi kun rautatanko altistetaan magneettikentälle siinä syntyy järjestystä, joka entropian sääntöjen mukaan synnyttää epäjärjestystä muualla.[1]

Magneettijääkaappien etuina on hiljaisuus verrattuna kompressoreihin perustuviin jääkaappeihin. Keraamisiin jäähdytinmagneetihin perustuvat magneettijääkaapit ovat pitkäikäisempiä kuin kompressoriin perustuvat jääkaapit ja niissä ei käytetä fluorattuja hiilivetyjä, mitkä ovat kasvihuonekaasuja.[1][7]

Magneettista jäähdytystä käytetään usein kun pyritään saada lähelle absoluuttista nollapistettä (–273,15 °C) olevia lämpötiloja.[8] Magnetokalorinen ilmiö on ennalleen palautuva (reversiibeli) prosessi, mikä on yksi syistä pieneen energiankulutukseen verrattuna normaaleihin jääkaappeihin. Magneettijääkaappi toimii neljässä eri vaiheessa.[1]

Magneettijääkaappien prototyypeissä käytetään keraamisia magneetteja, jotka on tehty muun muassa 1. lantaanimanganiittiyhdisteitä, missä on pieniä määriä kalsiumia ja 2. strontium, rauta, boorista ja neodyymiyhdisteitä.[1][9]

Amesin tutkimuslaitoksessa Texasissa on tutkittu gadoliniumin ja piin ja germaniumin seoksia, mutta ne ovat kalliita ja korroosiolle herkkiä. Edellisistä syistä johtuen ne eivät ole kaupallisille markkinoille ajateltuina materiaaleina parhaiten soveltuvia.[1]

Magneettijääkaappien aineiden tutkimisessa on keskeistä, että löytyy sopiva aineyhdistelmä, jonka Curien lämpötila on mahdollisimman lähellä huoneenlämpöä. Esimerkiksi raudan magneettisuus katoaa 770 °C, mikä on sen Curie-piste. Tämän lämpötilan jälkeen magneettisuus vaikuttaa heikosti rautaan, koska se on paramagneettista. Magnetokalorinen ilmiö on voimakkaimmillaan juuri Curien lämpötilan alapuolella.[1]

Jäähdytysaineena lämmönvaihtimissa on mahdollista käyttää muun muassa vettä.[1]

Kuten usein uusilla tuotteilla, – mikäli magneettijääkaapit ovat ylipäätänsä mahdollisia – niiden hinnat lienevät korkeita alussa. Ne yleistynevät mahdollisesti ensin suurissa kylmiöissä ja pakastealtaissa ja siitä pikku hiljaa kohti tavallista kuluttajaa. Toteutuessaan ne vähentäisivät energiankulutusta ja viilennyskustannuksia noin 20 prosentilla[5].[7]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i Nielsen, Rolf Haugaard: Magneetti viilentää jääkaapin. Tieteen Kuvalehti, 2008, nro 4, s. 64–65. Bonnier Publications Oy. Arkisto: Tieteen Kuvalehti, vain tilaajille Viitattu 7.7.2015.
  2. Mette: "Magneettijääkaapit Mette miettii. 30.1.2006. Viitattu 7.7.2015.
  3. Luotola, Janne: Ei mikään sanaleikki - jääkaappimagneetit todella jäädyttävät. Tekniikka & Talous, 29.7.2014. Verkkoversio Viitattu 7.7.2015.
  4. Hänninen, Kari: Unohda jääkaappi - pian tulee magneettijäähdytys. Kauppalehti, 29.7.2014. Artikkelin verkkoversio Viitattu 7.7.2015.
  5. a b c Gschneidner, Jr., Karl A.; Pecharsky, Vitalij K.: ”Giant magnetocaloric effect”, rare-earth element. Sitaatti: "Magnetic refrigeration has not yet been commercialized, but many test devices and prototype cooling machines have been built.''. Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Ultimate Reference Suite, 2015. ISBN 978-1625132963. (englanniksi)
  6. CD-Facta 2005: artikkeli: magnetokalorinen ilmiö. Sitaatti: "Ilmiötä käytetään kylmäfysiikassa matalien lämpötilojen synnyttämiseen.". Helsinki: WSOY, 2004. ISBN 951-0-29149-8.
  7. a b Mäki-Kihniä, Nina: Laite, jota ei osata rakentaa 100 vuoden harjoittelun jälkeen Verkkouutiset. 7.5.2011. Kansalliskustannus Oy. Viitattu 7.7.2015.
  8. Artikkelin arvioitsija: Pomeroy, John H.: ”Reaching Supercold Temperatures”, Cryogenics. Sitaatti: "Special techniques are used to reach temperatures around the millidegree (0.001 K) level. These techniques make use of the relationship, described by the second law of thermodynamics, between the amount of energy and the amount of disorder, or entropy, in a system." Versio 7.5.0DV for Windows 95/98/NT 4.0. Compton's Interactive Encyclopedia Deluxe, The Learning Company, Inc., Heinäkuu 1999. OLC: 46887893. (englanniksi)
  9. Rantanen, Kalevi: Neomagneetti valloitti maailman. (Katso otsikko: "Kohta kylmenee jääkaappi") Tiede, 18.3.2010, nro 2, s. 14–15. Artikkeli verkossa Viitattu 7.7.2015.