Ученые изобрели совершенно новый процесс охлаждения вещей
Познакомьтесь с ионокалорическим охлаждением. Это новый способ снижения температуры с потенциалом замены существующих методов охлаждения на более безопасный и лучший для планеты процесс.
Обычные холодильные системы отводят тепло из космоса с помощью охлаждающего газа. поскольку он расширяется на некоторое расстояние. Каким бы эффективным ни был этот процесс, некоторые из отборных газов, которые мы используем, особенно вредны для окружающей среды.
Однако существует несколько способов заставить вещество поглощать и отдавать тепловую энергию.
Метод, разработанный исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли в США, основан на том, что энергия накапливается или высвобождается при изменении фазы материала, например, при повороте твердого льда. например, в жидкую воду.
Поднимите температуру глыбы льда, и она растает. Чего мы, возможно, не так легко замечаем, так это того, что таяние поглощает тепло из его окружения, эффективно охлаждая его.
Один из способов заставить лед таять, не нагревая его, — это добавить несколько заряженных частиц или ионы. Посыпание дорог солью, чтобы предотвратить образование льда, является распространенным примером этого в действии. В ионокалорическом цикле также используется соль для изменения фазы жидкости и охлаждения окружающей среды.
«Ландшафт хладагентов — нерешенная проблема», — сказал инженер-механик Дрю Лилли из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Калифорнии в январе 2023 года. заявление. «Никто не смог успешно разработать альтернативное решение, которое охлаждает продукты, работает эффективно, безопасно и не наносит вреда окружающей среде».
«Мы считаем, что ионокалорический цикл может решить все эти задачи. при правильной реализации».
Исследователи смоделировали теорию ионокалорического цикла, чтобы показать, как она потенциально может конкурировать или даже улучшать эффективность используемых сегодня хладагентов. Ток, проходящий через систему, перемещал бы в ней ионы, сдвигая точку плавления материала в зависимости от температуры.
Команда также провела эксперименты с использованием соли, приготовленной из йода и натрия, для плавления этиленкарбоната. Этот распространенный органический растворитель также используется в литий-ионных батареях и производится с использованием углекислого газа в качестве исходного материала. Это может сделать систему не только нулевым GWP [потенциал глобального потепления], но и отрицательным.
Температурный сдвиг на 25 градусов Цельсия (45 градусов по Фаренгейту) был измерен при подаче менее одного вольта заряда. в эксперименте, результат, который превосходит то, что до сих пор удавалось достичь с помощью других технологий сжигания калорий.
«Мы пытаемся сбалансировать три вещи: ПГП хладагента, энергоэффективность и стоимость. самого оборудования», — сказал инженер-механик Рави Прашер из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
«С первого раза наши данные выглядят многообещающе по всем трем аспектам».
Системы сжатия пара, используемые в настоящее время в процессах охлаждения, основаны на газах с высоким ПГП, таких как различные гидрофторуглероды (ГФУ). Страны, подписавшие Кигалийскую поправку, взяли на себя обязательство сократить производство и потребление ГФУ не менее чем на 80 процентов в течение следующих 25 лет, и ионокалорическое охлаждение может сыграть в этом важную роль.
Теперь, исследователям необходимо перенести технологию из лаборатории в практические системы, которые можно использовать в коммерческих целях и масштабировать без каких-либо проблем. В конце концов, эти системы можно будет использовать как для обогрева, так и для охлаждения.
«У нас есть совершенно новый термодинамический цикл и структура, которые объединяют элементы из разных областей, и мы показали, что они могут работать, «, — сказал Прашер.
«Теперь пришло время для экспериментов, чтобы протестировать различные комбинации материалов и технологий для решения инженерных задач».
Исследование опубликовано в журнале Science.
Версия этой статьи была впервые опубликована в январе 2023 г.
