Поиск инвестиций
Энергетика
Оборудование

Магнитная холодильная машина со сверхпроводниковым источником магнитного поля

Запуск проекта
2020 г.
Стадия проекта
Проведение исследований
О проекте

Проект «Разработка высокоэффективной магнитной холодильной машины со сверхпроводниковым источником магнитного поля» реализуется в НИЦ "Курчатовский институт" с 2017. На проект было выделено 120 млн. руб., в том числе Минобрнаукой профинансировано 60 млн.руб., индустриальным партнером и НИЦ «Курчатовский институт» по 30 млн.руб. Целью проекта является создание нового высокоэффективного технического средства – магнитной холодильной машины, работающей в области комнатных температур, оснащенного сверхпроводниковым источником магнитного поля.

НИЦ "Курчатовский институт"  разрабатывает альтернативу классическому холодильному оборудованию на основе жидкого газа (хладагент), используя прорывную технологию магнитного охлаждения. Технология способна охватить различные индустрии – варианты применения, как на бытовом, так и на промышленном уровнях.

Проблема

Около 15-20% мировой электроэнергии тратится на низкотемпературную технику, большая часть приходится на холодильную технику и климатехнику.

Утечки рабочих газов (хладагентов), вызывают такие серьезные экологические проблемы как разрушение озонового слоя и глобальное потепление.

По оценке экспертов, МХМ могут вытеснить паро-компрессионные в течение ближайших 10 лет. Магнитный холодильник экологически безопасен и позволяет значительно снизить потребление электроэнергии.

Решение

Технология магнитного охлаждения основана на способности любого магнитного материала изменять свою температуру под воздействием магнитного поля, как это происходит при сжатии или расширении газа или пара в традиционных холодильниках.

Изменение температуры магнитного материала происходит в результате перераспределения внутренней энергии магнитного вещества между системой магнитных моментов его атомов и кристаллической решеткой. 

Оценки показывают, что применение магнитных холодильников позволит уменьшить общее потребление энергии  более чем на 5 %.

Принцип действия

В результате циклически повторяющегося перемещения магнитного рабочего тела (на основе гадолиния) в область с сильным магнитным полем и последующего извлечения рабочего тела из области с сильным магнитным полем происходит циклическое повышение/понижение температуры магнитного материала (т.н. магнитокалорический эффект). При помощи специальных теплообменников полученный холод может быть использован для охлаждения воздуха или других сред. Сильное магнитное поле создается компактной эффективной сверхпроводниковой установкой. Ввиду отсутствия в МХМ хладагента (фреона или аналогов), она экологически безопасна, и, кроме того, согласно расчетам, необходимая холодопроизводительность достигается при меньших энергозатратах, т.е. энергоэффективна.

Принцип действия технологии охлаждения магнитного тела

Преимущества для потребителя

  • Экологическая безопасность: рабочее тело твердое и может быть легко изолировано от окружающей среды.
  • Долгий срок эксплуатации и низкий уровень шума и вибраций: технология предполагает использование малого числа движущихся деталей и низких рабочих частот в охлаждающих устройствах, что значительно сокращает их износ.
  • Высокая эффективность и технологичность: магнитные холодильники на 20-30 % эффективнее, чем работающие по парогазовому циклу. Корпусные детали можно изготавливать из полимеров.

Шкала классов энергетической эффективности

Области применения технологии магнитного охлаждения

  • Системы охлаждения энергетических установок (стационарных и транспортных)
  • Системы кондиционирования зданий и промышленных помещений
  • Системы охлаждения для промышленных применений
  • Криогенные системы, в т.ч. системы ожижения природного газа

Использование результатов проекта

Созданная экспериментальная установка магнитного холодильника позволит получить практический опыт решения инженерных и технологических задач (производство ВТСП ленты, сборка магнитной системы, отработка различных конструкций холодильной машины и т.д.) и перейти к проектированию устройств холодопроизводительностью 10 кВт и выше, с возможностью масштабирования.

Из-за больших затрат на охлаждение, сверхпроводящие системы для создания магнитного поля оправданы в устройствах с большой холодопроизводительность (>10кВт).

Потребности

  • Необходимо выделение финансирования для разработки и испытаний (лабораторных и ресурсных) опытного образца МХМ.
  • Требуется привлечение индустриального партнера для подготовки и организации промышленного производства МХМ для оборудования объектов транспортной инфраструктуры и иных объектов г. Москвы.

Развитие проекта

К концу 2019 г. планируется изготовление и поведение исследовательских испытаний экспериментального образца МХМ с использованием электромагнита на основе высокотемпературных сверхпроводников, разработка проекта ТЗ на проведение ОКР по теме: «Разработка опытно-промышленного образца магнитной тепловой (холодильной) машины со сверхпроводниковым источником магнитного поля».

Созданная экспериментальная установка МХМ позволит получить практический опыт решения инженерных и технологических задач (производство проводов на основе высокотемпературных сверхпродников, сборка магнитной системы, отработка различных конструкций и режимов работы холодильной машины и т.д.) и перейти к проектированию устройств холодопроизводительностью 10 кВт и выше, с возможностью масштабирования.

Следующим этапом проекта является разработка совместно с Департаментом транспорта и развития дорожно-транспортной инфраструктуры города Москвы (далее – Департамент транспорта Москвы) технического задания на разработку МХМ для пилотного ТПУ, изготовление опытного образца и проведение лабораторных испытаний. Затем, на определенном Департаментом транспорта Москвы пилотном ТПУ, будет произведен монтаж опытного образца МХМ и проведены ресурсные испытания.

Заключительный этап проекта начинается с проведения необходимых экспертиз и получения заключений, а также составления отчета о ресурсных испытаниях опытного образца МХМ. После исполнения данных мероприятий, в кооперации с индустриальным партнёром, Инновационным кластером г. Москвы и Департаментом транспорта Москвы планируется разработать программу «Внедрения МХМ для применения на объектах транспортной инфраструктуры», подготовить и организовать промышленное производство МХМ для объектов транспортной инфраструктуры г. Москвы. Параллельно с реализацией указанной программой индустриальный партнер формирует производственную программу для выпуска МХМ с целью продаж на иные объекты.

Требуемые инвестиции

Этап 1-й. Требуемый объем инвестиций – зависит от требуемых значений параметров и характеристик МХМ для пилотного ТПУ.

  • Подготовка ТЗ на выполнение ОКР по разработке опытного образца МХМ со сверхпроводниковым источником магнитного поля для объектов транспортной инфраструктуры г. Москвы (10 млн. руб. по оценке затрат)
  • Разработка, изготовление и лабораторные испытания опытного образца (образцов) МХМ со сверхпроводниковым источником магнитного поля (зависит от требуемых значений параметров и  характеристик МХМ)

Этап 2-й. Требуемый объем инвестиций зависит от программы испытаний.

  • Монтаж и ресурсные испытания опытного образца МХМ на выбранном объекте транспортной инфраструктуры г. Москвы

Этап 3-й. Требуемый объем инвестиций определится после окончания ресурсных испытаний, определения потенциального объема рынка и привлечения индустриального партнера.

  • Проведение необходимых экспертиз и получение заключений. Отчет о ресурсных испытаниях опытного образца МХМ.
  • Организация производства МХМ для применения на объектах транспортной инфраструктуры
  • Производство и поставка МХМ для применения на объектах транспортной инфраструктуры

 

Участники 1
Инжиниринг
НИЦ "КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ"