طور فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والصين نظام تبريد مرن يمتص الحرارة عند إطلاق التوتر في حزم من الأنابيب المعدنية. بقيادة ايشيرو تاكيوتشي في جامعة ماريلاند ، حقق مخطط الفريق أداء تبريد على قدم المساواة مع المواد الأخرى ذات السعرات الحرارية ، ويمكن أن يمهد الطريق للاستخدام التجاري في المستقبل غير البعيد.
عادة ما تستخدم أنظمة التبريد التقليدية غازات لها تأثيرات دفيئة قوية إذا تم إطلاقها في الغلاف الجوي. نتيجة لذلك ، يعمل الباحثون على تطوير تقنيات تبريد ذات حالة صلبة بديلة تعتمد على المواد ذات السعرات الحرارية. تخضع هذه المواد لتغيرات في درجات الحرارة عند تعرضها لمجالات مغناطيسية أو كهربائية خارجية ، أو استجابةً لضغط أو ضغط ميكانيكي. بالإضافة إلى تجنب المواد الكيميائية الضارة ، يمكن أن تكون أنظمة التبريد القائمة على المواد ذات السعرات الحرارية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الثلاجات الموجودة.
حتى الآن ، ركز هذا البحث بشكل أساسي على المواد ذات البؤرة المغناطيسية - ولكن في الآونة الأخيرة ، ظهرت المواد المرنة كالوريك كمرشحين واعدين أكثر للتبريد التجاري للسعرات الحرارية. من بين هذه المواد سبائك التيتانيوم والنيكل عالية المرونة وسهلة التصنيع (NiTi).
في ظل التوتر
كما أظهر فريق Takeuchi لأول مرة منذ أكثر من عقد من الزمان ، يمكن للأسلاك الرفيعة لهذه السبيكة أن تطرد كميات كبيرة من الحرارة عند التوتر ، وتمتصها عندما ينطلق التوتر. يتذكر تاكيوتشي قائلاً: "منذ حوالي 12 عامًا ، اكتشفنا أن NiTi يمكنه تجريبيًا عرض مدى كبير في درجة الحرارة ، والذي يمكنك الشعور به باليد". في ذلك الوقت ، أظهرنا ذلك من خلال إضافة التوتر إلى أسلاك NiTi المتوفرة بسهولة. هذه هي الطريقة التي بدأنا بها صنع الأجهزة المرنة. "
ثم شرع الباحثون في العمل على تطوير تطبيقات تبريد مفيدة تجاريًا. ومع ذلك ، فقد تبين أن تنفيذ التبريد المرن المرن على نطاق واسع يمثل تحديًا تقنيًا كبيرًا. المشكلة الرئيسية هي أن دورات التوتر المتكررة وتحرر أسلاك NiTi تتلف ، مما يحد من عمرها العملي.
لمواجهة هذا التحدي ، طور فريق Takeuchi نظامًا جديدًا للتبادل الحراري حيث يتم ضخ المياه من خلال حزم من أنابيب NiTi. "لقد استغرق الأمر منا وقتًا طويلاً للتغلب على مختلف التحديات الهندسية ، ولكن من خلال العرض التوضيحي الأخير ، تمكنا من إظهار ما تصوره قبل 10 سنوات. نحن نستخدم الماء كسائل للتبادل الحراري - مما يجعل الماء أكثر برودة ، بحيث يمكن استخدامه بدوره للتبريد أو تكييف الهواء ، "يشرح تاكيوتشي.
استخدم الفريق كميتين لقياس نجاح النهج. الأول هو "طاقة التبريد التي يتم توفيرها" ، والتي تصف معدل إزالة الحرارة. والثاني هو "مدى درجة الحرارة" ، والذي يصف الفرق في درجة الحرارة بين الماء في كل طرف من أطراف النظام. يقول تاكيوتشي: "بالنسبة لهذين الرقمين المهمين ، تمكنا من تحقيق 260 واط و 22.5 كلفن على التوالي". قام الباحثون بتعظيم كل من هذه القيم بدورهم ، وذلك ببساطة عن طريق تعديل تسلسل تشغيل الصمامات في نظام التبادل الحراري الخاص بهم.
يمسك
هذه النتائج الأخيرة هي مثال على كيفية اللحاق بالمواد المرنة ذات البؤرة مع أداء التبريد لنظائرها ذات البؤرة المغناطيسية ، ويمكن أن تصبح قريبًا مرشحة مجدية لأنظمة التبريد التجارية.
يتم تحقيق تبريد الحالة الصلبة عن طريق إجهاد ناتج عن المجال الكهربائي
ومع ذلك ، يقر تاكيوتشي بأن الاستخدام العملي للمواد المرنة قد لا يزال بعيد المنال ، حيث من المحتمل أن يتطلب تطوير مواد أكثر تقدمًا أولاً. يقول: "لا يزال الضغط العالي المطلوب لـ NiTi يمثل مشكلة ، ولكن هناك مواد في الأفق ، ومواد أخرى فائقة المرونة ، من المعروف أنها تظهر تأثيرات مرنة مع إجهاد أقل بكثير".
"هذه المواد أقل تطورًا ، وليست متاحة تجاريًا حتى الآن ، ولكننا نعتقد أن المزيد من تطوير هذه المواد وتطبيقها في أنظمة تبريد منخفضة الضغط يعد أمرًا مثيرًا حقًا". لقد وضع فريق Takeuchi بالفعل خططًا لمبرد نبيذ مضغوط ومرن ، ويأمل في إظهار نموذج أولي ناجح بمجرد توفر هذه المواد.
تم وصف البحث في علوم.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/new-elastocaloric-cooling-system-shows-promise-for-commercial-use/
