Zephyrnet Logosu

İyonokalorik soğutma, yeni bir buzdolabı türü yapar

Tarih:

Bu kolaj, araştırmacıların küresel ısınmaya katkıda bulunan soğutucu akışkanların aşamalı olarak ortadan kaldırılmasına yardımcı olabileceğini umdukları yeni geliştirilmiş bir soğutma döngüsü olan iyonokalorik soğutma ile ilgili unsurları tasvir ediyor.
İyonokalorik soğutma, küresel ısınmaya katkıda bulunan soğutucu akışkanların aşamalı olarak ortadan kaldırılmasına yardımcı olabilir. (Nezaket: Jenny Nuss/Berkeley Laboratuvarı)

"İyonokalorik soğutma" olarak adlandırılan yeni bir soğutma yöntemi, bir gün buhar sıkıştırmaya dayalı geleneksel sistemlerin yerini alabilir, Dünya atmosferine zarar veren ve iklim değişikliğine katkıda bulunan gazlara olan ihtiyacı azaltabilir. ABD'deki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndaki (LBNL) araştırmacılar tarafından geliştirilen yöntem, bir malzemenin katıdan sıvıya veya tam tersi gibi faz değiştirmesi sırasında enerjinin depolanma veya salınma yollarından yararlanıyor.

Geleneksel buzdolapları ve klimalar, küresel ısınma potansiyeli (GWP) karbondioksitten 2000 kat daha fazla olan son derece güçlü sera gazları olan uçucu hidroflorokarbonları kullanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu tür sistemlerde, soğutucu akışkan kapalı bir döngü etrafında pompalanır ve burada sıvıdan gaza ve sonra tekrar sıvıya faz değişimine uğrar. Gaza geçiş bir genleşmeyi içerir ve soğutucu akışkanın çevreyi "soğuk" tarafıyla soğutarak elde ettiği enerjiyi gerektirir. Daha sonra sıvı tekrar sıvıya yoğunlaştığında “sıcak” taraftan ısı açığa çıkar.

Bu standart döngü aynı zamanda ısının emilmesi ve yayılmasını içeren bir faz geçişine benzer şekilde maruz kalan diğer maddelere de uygulanabilir. Bu alternatif maddeler, uygulanan elektrik veya manyetik alanların varlığında iki katı faz arasında geçiş yapan elektrokalorik ve manyetokalorik malzemeleri içerir. Dezavantajı, elektrokalorik ve manyetokalorik soğutucu akışkanların ısıtma ve soğutma yeteneklerinin nispeten mütevazı olması ve bu da yaygın pratik kullanım için verimsiz soğutma döngülerine yol açmasıdır.

Üçüncü bir olasılık, sıkıştırılan ve genişletilen malzemenin sıvı veya gaz yerine katı olması durumunda ortaya çıkan barokalorik etkinin kullanılmasıdır. Ancak çoğu barokalorik malzeme için bu etki ortam sıcaklıklarında ve basınçlarında çok küçüktür.

Tamamen yeni bir kalorik etki

Tarafından icat edilen yeni teknik Drew Lilley ve Ravi Prasher LBNL'de tamamen farklı bir kalorik etki kullanılıyor. Soğuk, buzlu bir yola tuz eklemenin buzu sulu kar haline dönüştürmesi gibi, katı bir maddeye tuz ekleyerek çalışır; bu da katı maddenin sıvı olmayı “istemesini” sağlar.

Lilley, "Sıvı hale gelmek için katının erimesi gerekiyor, bu da enerjiyi absorbe etmesi gerektiği anlamına geliyor" diye açıklıyor. "Katı maddenin çevresinden enerji emmesini engellerseniz, kendisinden enerji 'çalar' ve böylece tüm malzeme soğur (yukarıdaki resimde 1'den 2'ye kadar olan adımlara bakın). Katı madde soğuduktan sonra daha düşük bir sıcaklıkta erimeye devam edebilir ve çevresinden enerji emebilir. Bu da soğutmaya yol açar (şemadaki 2'den 3'e kadar adımlar)."

Lilley, bu "iyonokalorik" döngüdeki faz ve sıcaklık değişiminin mekanizmasının, sisteme bir akım uygulandığında elektrik yüklü atomların veya moleküllerin (iyonların) akışı olduğunu açıklamaya devam ediyor. İyonlar daha sonra çözünmüş tuz içeren sıvıdan çıkarılırsa (diyagramdaki 3'ten 4'e kadar adımlar) ters etki meydana gelir: madde artık sıvı olmayı "istemez", dolayısıyla katı hale gelir. Bunu yapmak için kristalleşmesi ve enerji salması gerekir, ancak çevresiyle enerji alışverişi yapması engellenirse, enerjiyi kendine verip ısınacaktır. Isıtıldıktan sonra kristalleşerek enerji salmaya devam edecek ve bu ısıyı çevreye verecektir.

Bu solvent-tuz karıştırma işleminin soğutma yeteneklerini test etmek için tasarlanan bir dizi deneyde Lilley ve Prasher, 28 V'tan daha az uygulanan akım kullanıldığında sıcaklığın 1 °C'ye kadar düştüğünü buldu. Ayrıca entropide (soğutma prensibinin etkinliğini tahmin etmek için kullanılan fiziksel varlık) 500 JK kadar büyük değişiklikler gözlemlediler.-1 kg-1. Bu, manyetokalorik ve elektrokalorik malzemelerde gözlemlenen varyasyonlardan daha büyüktür ve en iyi barokalorik malzemenin (neopentilglikolün plastik kristalleri)kine benzer. Aynı zamanda günümüzün soğutucu akışkanlarıyla da kıyaslanabilir.

Yavaş, tuzlu bir döngü

Araştırmacıların kullandığı tuz, iyot ve sodyumdan yapılmış ve bunu, tesadüfen lityum iyon pil elektrolitlerinde yaygın olarak kullanılan bir katkı maddesi olan yaygın bir organik çözücü olan etilen karbonatla karıştırmışlardır. Ortaya çıkan etilen karbonat-sodyum iyodür (EC-NaI) karışımının CO2 negatif, çevreye zarar vermeyen, tehlikesiz, sıfır GWP'li, toksik olmayan ve yanıcı olmadığını söylüyorlar.

Lilley, "Teknolojimiz sürdürülebilirdir ve aşırı alanları kullanmaz; yalnızca 1 V civarında uygulamamız gerekir" diyor Fizik dünyası. Deneylerindeki prototip sisteminin verimliliğinin "katı hal malzemeleri kullanan önceki prototiplerden dört ila beş kat daha fazla" olduğunu ve "buhar sıkıştırmaya rakip güç yoğunlukları" sergilediğini ekliyor.

İyonokalorik soğutmanın ana dezavantajı yavaş hızıdır. Çalışmalarını yayınlayan Lilley ve Prasher'a göre Bilimtek bir döngü beş dakika ile birkaç saat arasında sürebilir. Olsa bile, Emmanuel Defay, bir araştırmacı Lüksemburg Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Çalışmaya dahil olmayan kişi, kalorili malzeme ailesinin bu yeni üyesinin potansiyelinden etkileniyor. İlgili bir yazısında "Büyük bir verimlilik sergiliyor ve çevreye zararsız olabilir" diye yazıyor. Perspektifler madde. "Bu, soğutmanın geleceği için ciddi bir rakip."

LBNL araştırmacılarının bir sonraki adımı, teknolojilerini ticarileştirecek bir şirket kurmak olacak. Lilley, "Yaklaşımımızın, verimlilik kazanımları ve soğutucu akışkanların karbondan arındırılması yoluyla soğutma ve ısı pompalamanın iyileştirilmesinde gerçek dünyada bir etkiye sahip olacağını umuyoruz" diyor.

spot_img

En Son İstihbarat

spot_img