roterande ring (center), ungefär diametern på en CD-skiva, cykler pulverformigt magnetiskt material in och ut ur ett gap i den kraftfulla magneten på baksidan.

begreppet magnetiska kylskåp är inte nytt, men hittills har betydande framsteg hindrats av behovet av extremt starka magnetfält. Under de senaste åren har forskare vid två separata företag gjort betydande förbättringar av de magnetokaloriska materialen som används och införlivar dem i arbetsprototyper som är lämpliga för daglig användning, enligt talare vid ApS marsmöte i Austin, Texas.

konventionella kylskåp fungerar genom att komprimera och expandera en gas när den flyter runt kylenheten, men denna process är inte särskilt effektiv. Kylning står för närvarande för 25% av bostäder och 15% av kommersiell strömförbrukning i USA tidigare har det också använt gaser som är skadliga för miljön.

däremot har magnetiska kylanordningar hög effektivitet även i liten skala, vilket möjliggör utveckling av bärbara, batteridrivna produkter. Faktum är att Stephen Russek från Aeronautics Corporation uppskattar att när magnetiska kylskåp är fullt utvecklade kan de minska energianvändningen med cirka 10 miljarder dollar per år, tillsammans med betydande minskningar av koldioxidutsläpp. Dessutom använder magnetisk kylning inte ozonnedbrytande eller globala uppvärmningsgaser.

aktiveringstekniken är baserad på den magnetokaloriska effekten, som först observerades 1881: ett effektivt magnetokaloriskt material värms när det placeras i ett magnetfält och kyler reversibelt tillbaka när det tas bort från magnetfältet.

det första magnetiska kylskåpet demonstrerades 1933 och magnetisk kylning har använts i många laboratorier för att svalna inom en tusendel av en grad över absolut noll. Ames-laboratoriet blev involverat 1991, enligt senior metallurgist Karl Gschneider, Jr., när Aeronautics bad sin grupp att designa billigare magnetiska kylmedel för flytning av väte. De producerade material som var 10% till 30% effektivare än de som då användes, och baserat på detta arbete visade flygteknik en prototypenhet i November 1996.

ett andra genombrott inträffade 1997, då Ames Lab-forskare upptäckte att den jätte magnet – okaloriska effekten i gadolinium-kisel-germaniumlegeringar var två till 10 gånger större än i befintliga prototypkylmedel. Dessa legeringar förbättrar effektiviteten hos storskaliga magnetiska kylskåp, men öppnar också dörren för nya småskaliga applikationer, såsom hem-och bilkonditionering.

emellertid använde processen initialt dyrare gadolinium med hög renhet och resulterade i små mängder mindre än 50 gram av GD-Si-Ge-legeringarna. Gschneider och hans kohorter utvecklade en ny process för att producera kilogram mängder av legeringen med billig kommersiell kvalitet gadolinium, uppnå nästan samma magnetokalorisk effekt som den ursprungliga upptäckten. Under tiden har andra Ames Lab-forskare utformat en permanent magnetkonfiguration som kan producera ett starkare magnetfält, ett viktigt framsteg eftersom enhetens utgång och effektivitet är proportionell mot magnetfältets styrka.baserat på sin tidigare demonstration av en rumstemperatur, superledande magnetbaserad enhet, har Aeronautics Corporation nu visat det första rumstemperaturen, permanentmagnetbaserat roterande magnetiskt kylskåp. Den roterande konstruktionen består av ett hjul som innehåller gadolinium och en stark permanentmagnet. Hjulet passerar genom ett gap i magneten där magnetfältet ärkoncentrerad, och gadoliniumet värms upp. Medan du fortfarande är i fältet cirkuleras vatten för att dra ut värmen ur materialet och avvisa värmen genom den heta värmeväxlaren. När materialet lämnar magnetfältet kyls det ytterligare. Medan materialet är ute av fältet kyls en ström av vatten av materialet och cirkuleras genom kylskåpets kalla värmeväxlare, vilket tar bort värme från föremålet som ska kylas.

flygteknik är inte det enda företaget som är engagerat i utvecklingen av magnetisk kylning. Forskare vid Japans Chubu Electric, i samarbete med Toshiba Corporation, har också lyckats utveckla ett roterande magnetiskt kylskåp med permanenta magneter.

designschemat liknar flygteknikens, med en ökning av kylkapaciteten med en faktor 1, 5 och en 1/3 minskning av drivkraften. Chubus enhet handlar också om en tjugonde storleken på tidigare prototypkylskåp som använder superledande magneter. Potentiella kommersiella tillämpningar av sådana kylskåp inkluderar luftkonditionering, livsmedelskonservering, Luftavfuktning och dryckesdispensering.

Russek säger dock att de mest troliga tidiga applikationerna kommer att vara Industriella i naturen: kylning av processvätskor för livsmedel, kemikalier, industrigaser och läkemedelsproduktion samt kyltransport och kylning av elektronik. ”Vi är övertygade om att detta kan vara en stor ny global verksamhet”, säger han.