Aimant contre fréon : des scientifiques de la MISIS et de l'Université d'État de Tver inventent un réfrigérateur magnétique de 30 % à 40 % plus efficace
MOSCOU, 25 avril 2019 /PRNewswire/ -- Des chercheurs de l'Université nationale de recherche et de technologie "MISIS" (National University of Science and Technology "MISIS" ou NUST MISIS) et de l'Université d'État de Tver ont mis au point un réfrigérateur fondamentalement nouveau reposant sur un système magnétique à l'état solide augmentant de 30 à 40 % l'efficacité énergétique du cycle de compression d'un réfrigérateur classique.
L'un des principaux objets meublant notre intérieur, le réfrigérateur, consomme de 20 à 40 % de notre l'électricité. À l'échelle mondiale, les technologies permettant de produire du froid, qu'il s'agisse de réfrigérateurs industriels ou domestiques, de climatiseurs domestiques ou automobiles, industriels et domestiques, sont un plaisir très coûteux. Selon des estimations d'experts, tous ces appareils consomment jusqu'à 10 % de la consommation d'énergie mondiale.
L'équipe scientifique constituée de physiciens et d'ingénieurs du département consacré aux nanosystèmes fonctionnels et aux matériaux à haute température de la NUST MISIS ainsi que de l'Université d'État de Tver a résolu la question de la production efficace de froid en proposant un nouveau système de refroidissement : un système magnétique. Dans un réfrigérateur classique, le refroidissement se produit en raison de l'évaporation soudaine de fréon (ou d'autres réfrigérants), qui passe à l'état gazeux. Un principe différent est en jeu dans l'invention des jeunes scientifiques russes : l'effet magnétocalorique. En termes simples, il s'agit de la variation de la température du matériau magnétique au cours de sa magnétisation ou démagnétisation.
Techniquement, ce principe a l'air simple :lorsque la barre métallique est introduite dans le champ magnétique, elle chauffe puis, lorsqu'elle est retirée du champ, elle refroidit. Cependant, cette manipulation doit être effectuée rapidement et de manière cyclique de manière à ce que la différence de température soit maintenue. Une équipe de scientifiques a conçu un prototype de petite taille capable de refroidir un réfrigérateur entier.
« La densité du métal étant beaucoup plus grande que celle du gaz, la valeur d'entropie stockée (mesure du désordre) et, par conséquent, sa capacité de refroidissement, est plus élevée », explique Dmitriy Karpenkov, l'un des développeurs du projet et chercheur principal au sein du département consacré aux nanosystèmes fonctionnels et aux matériaux à haute température de la NUST MISIS, « ce qui explique que le rendement énergétique des nouveaux dispositifs à semi-conducteurs soit de 30 à 40 % supérieur à celui des systèmes à compression. »
« Malgré leur petit gabarit, ces appareils offrent la portée maximale entre les températures des échangeurs de chaleur et de réfrigération : 9 degrés Celsius. La principale différence entre le prototype développé et tous ses prédécesseurs consiste dans le fait que les éléments jouent simultanément le rôle de réfrigérant et de pompe à pression. Cette solution technique élimine les pompes, qui représentent une charge thermique supplémentaire pour le réfrigérateur. »
La seconde solution technique unique consistait à séparer les flux de transfert de chaleur des échangeurs de chaleur et de réfrigération, tout en permettant aux éléments, dans leur état magnétisé (démagnétisé), de passer successivement d'un flux à un autre.
« Les résultats de nos tests montrent que l'utilisation de cycles de refroidissement magnétiques en cascade entraîne une augmentation de 80 % de la plage de température », a ajouté Dmitriy Karpenkov.
Au cours de l'expérience visant à évaluer l'efficacité du prototype, les chercheurs ont découvert que la quantité de chaleur maximale pouvant être utilisée au cours d'un cycle est d'environ 405 joules, ce qui correspond à une puissance de refroidissement maximale de 45 watts.
Actuellement, l'équipe de recherche a assemblé un prototype de laboratoire du mécanisme de refroidissement et effectue une série d'essais en laboratoire.
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