Ученые из Института исследования твердого тела и материаловедения им. Лейбница Дрездена (IFW) разработали новый магнитный генератор для преобразования отработанного тепла в электричество. Благодаря продуманному расположению компонентов удалось повысить выход электрического тока на порядок. Таким образом, термомагнитные генераторы соответствуют пригодной для применения технологии для извлечения электрической энергии из отработанного тепла.
Многие процессы в повседневной жизни и в промышленности генерируют отработанное тепло, которое недостаточно горячее, чтобы его можно было эффективно использовать. Как правило, оно сбрасывается в окружающую среду неиспользованным, например, в случае крупных ИТ-серверов или на выходе из электростанции. Пока что существует мало готовых к применению технологий для преобразования этого низкотемпературного тепла в электричество. Большие надежды возлагаются на так называемые термоэлектрические материалы, в которых электрическое напряжение может генерироваться непосредственно из разности температур материала.
Электричество от перепадов температуры
Другая возможность — использование термомагнитных генераторов. Они используют тот факт, что магнитные свойства некоторых сплавов очень зависят от температуры. Таким материалом является, например, сплав элементов лантана, железа, кобальта и кремния, который до сих пор использовался для магнитного охлаждения. При температуре ниже 27 градусов Цельсия материал является магнитным, а при более высоких температурах — немагнитным.
Если материал попеременно приводится в контакт с теплой и холодной водой, намагниченность материала постоянно меняется. Это, в свою очередь, вызывает наложение напряжения в намотанной катушке, которое может быть использовано для потребителя. Этот принцип термомагнитных генераторов был разработан более ста лет назад. Однако выход до настоящего времени был значительно ниже, чем у термоэлектрических генераторов, хотя теоретические расчеты показывают, что должны быть достигнуты гораздо большие результаты.
Производительность теперь улучшена на порядок
Благодаря продуманному расположению отдельных компонентов ученым из IFW Dresden в сотрудничестве с TU Dresden и Федеральным институтом материаловедения (BAM) в Берлине удалось улучшить рабочие характеристики термомагнитных генераторов на порядок. Они использовали магнитную цепь из двух магнитных источников и двух элементов из термомагнитного сплава.
Отдельные компоненты соединены с магнитопроводящим материалом, который в двух местах обмотан катушкой. Холодная и теплая чередующаяся ванна термомагнитных элементов теперь заставляет их попеременно проводить или прерывать магнитный поток. Это приводит к постоянному изменению магнитного потока в цепях, в результате чего в катушках индуцируется электрическое напряжение.
С напряжением 0,2 вольт и мощностью 1,24 милливатта новый термомагнитный генератор не только на несколько порядков лучше своих предшественников, но и превращается в возможную альтернативу термоэлектрическим генераторам. Кроме того, авторы по-прежнему видят много возможностей для дальнейшей оптимизации этих ключевых фигур. Они очень уверены, что улучшение термомагнитного генератора сделает эту технологию прорывной.
