Kaip medžiagos, apie kurias niekada negirdėjote, gali išvalyti oro kondicionierių

Merilendo universitete sukurto kaloringų medžiagų prototipo vamzdeliai ir kiti komponentai. Mandagumas: Ichiro Takeuchi

Prieš keletą metų Katalonijos politechnikos universiteto ir Kembridžo universiteto mokslininkai atliko keletą paprastų eksperimentų, galinčių turėti didžiulį poveikį aušinimui ir šaldymui.

Jie įdėjo į kamerą neopentilglikolio – įprastos cheminės medžiagos, naudojamos dažams ir tepalams gaminti – kristalus, įpylė alyvos ir nusuko stūmoklį. Skysčiui suspaudus ir veikiant slėgiui, kristalų temperatūra pakilo maždaug 40 ˚C.

Tai buvo didžiausias kada nors užfiksuotas temperatūros pokytis dėl medžiagų spaudimo, bent jau tada, kai išvados buvo paskelbtos Nature Communications dokumentas praeitais metais. O slėgio sumažinimas turi priešingą efektą, o kristalai labai atvėsinami.

Tyrimo grupė teigė, kad rezultatai rodo daug žadantį požiūrį į tradicinių šaltnešių pakeitimą, galintį užtikrinti aplinkai nekenksmingą aušinimą nepakenkiant našumui. Tokia pažanga yra labai svarbi, nes didėjantis turtas, augantis gyventojų skaičius ir kylanti temperatūra iki 2050 m. gali patrigubinti patalpų vėsinimo energijos poreikį be didelių technologinių patobulinimų. Tarptautinės energetikos agentūros projektų .

Medžiagų temperatūros pokytis buvo panašus į tą, kuris vyksta hidrofluorangliavandeniliuose, kurie skatina aušinimą standartinėse oro kondicionavimo sistemose ir šaldytuvuose. Tačiau hidrofluorangliavandeniliai yra galingos šiltnamio efektą sukeliančios dujos.

Kūrinys paremtas seniai žinomu reiškiniu, pažįstamas, jei kada nors ištempėte balioną ir palietėte jį prie lūpų , kurioje vadinamosios kaloringos medžiagos išskiria šilumą, kai jas veikia slėgis arba įtampa. Tam tikroms medžiagoms pavedant magnetinius ir elektrinius laukus arba tam tikrus šių jėgų derinius, taip pat kai kuriais atvejais pavyksta.

Mokslininkai jau dešimtmečius kūrė magnetinius šaldytuvus, remdamiesi šiais principais, nors jiems paprastai reikia didelių, galingų ir brangių magnetų. Tačiau, pasak mokslininkų, šioje srityje žengiama daug žingsnių apžvalginis darbas mokslo žurnale ketvirtadienį, parašė Xavier Moya ir N. D. Mathur, Kembridžo universiteto medžiagų mokslininkai, dirbę su aukščiau aprašytais eksperimentais.

Autoriai pažymi, kad mokslininkų grupės nustato daugybę kaloringų medžiagų, kurios patiria didelius temperatūros pokyčius, ir panaudoja jas prototipuose šildymo ir vėsinimo įrenginiuose. Medžiagos ir prietaisai, galintys išleisti ir perduoti didelius šilumos kiekius naudojant elektrą, įtampą ir slėgį – tai metodai, kurie iš tikrųjų prasidėjo tik prieš šiek tiek daugiau nei dešimtmetį – jau vejasi našumą, pasiektą per dešimtmečius trukusį magnetinį darbą. pagrindu pagaminti aušinimo įrenginiai.

Be to, kad sumažins hidrofluorangliavandenilių poreikį, tikimasi, kad ši technologija ilgainiui gali būti efektyvesnė nei standartiniai aušinimo įrenginiai, atsižvelgiant į išsiskiriančią šilumą, palyginti su energijos kiekiu, reikalingu pokyčiams. Esminis šios technologijos skirtumas yra tas, kad medžiagos išlieka kietos būsenos, o tradiciniai šaltnešiai, tokie kaip hidrofluorangliavandeniliai, veikia keičiant dujų ir skysčio fazes.

Fazės pasikeitimo suaktyvinimas

Štai kaip veikia ši technologija:

Daugelis medžiagų, veikiant tam tikroms jėgoms, turi nedidelius temperatūros pokyčius. Tačiau mokslininkai ieško medžiagų, kurios patiria didelius poslinkius, idealiu atveju naudojant kuo mažiau papildomos energijos. Be kitų medžiagų, kai kurie metalų lydiniai davė daug žadančių rezultatų esant įtempimui; kai kurie keramikos ir polimerai gerai reaguoja į elektrinius laukus; o neorganinės druskos ir guma atrodo daug žadančios spaudimui.

Jėgos arba laukai medžiagoje esančius atomus ar molekules išrikiuoja tvarkingiau, sukeldami fazės pokytį, panašų į tai, kas vyksta laisvai tekančios vandens molekulėms virstant kompaktiškais ledo kristalais. (Tačiau kaloringų medžiagų atveju fazės pokytis įvyksta, kai medžiagos išlieka kietos, nors ir standesnės.) Šis procesas išskiria pakankamai latentinės šilumos, kad būtų galima atsižvelgti į energijos skirtumą tarp dviejų būsenų. Kai medžiagos grįžta atgal, kai atleidžiamos jėgos, sumažėja temperatūra, kurią vėliau galima panaudoti aušinimui.

Tai labai nesiskiria nuo to, kaip šiandien veikia aušinimo įrenginiai: jie išsklaidina hidrofluorangliavandenilius iki tokio lygio, kad iš skysčio jie pereina į dujinius. Tačiau šis kietojo kūno aušinimo metodas gali būti daug efektyvesnis, bent jau iš dalies, nes jums nereikia perkelti molekulių beveik taip toli, kad pasikeistų fazė, sako Jun Cui, vyresnysis mokslininkas iš Ames Laboratory.

Persikėlimas į rinką

Konkurencingų komercinių prietaisų pristatymo raktas yra identifikuoti įperkamas medžiagas, kurios patiria didelius temperatūros pokyčius, lengvai grįžta atgal, atlaiko ilgus šių pokyčių ciklus ir nesugenda (komerciniai šaldytuvai gali veikti milijonus ciklų ) ir nėra brangūs.

Tam tikros medžiagos ir naudojimo atvejai artėja prie komercinės rinkos, sako Merilendo universiteto medžiagų mokslininkas Ichiro Takeuchi. Jis įkūrė įmonę maždaug prieš dešimtmetį gaminti aušinimo įrenginius iš medžiagų, kurios reaguoja į įtampą, vadinamą Maryland Energy & Sensor Technology.

Jo tyrimų grupė sukūrė aušinimo įrenginio prototipą, kuris suspaudžia ir išleidžia vamzdžius, pagamintus iš nikelio titano, kad paskatintų šildymą ir aušinimą. Vanduo, tekantis pro vamzdelius, pradinėje fazėje sugeria ir išsklaido šilumą, o vėliau procesas vyksta atvirkščiai, kad atvėstų vanduo, kuris gali būti naudojamas indui ar gyvenamajai patalpai vėsinti.

Aušinimo įrenginio prototipas, kurį sukūrė Ichiro Takeuchi tyrimų grupė.

ATLAIKYMAS: ICHIRO TAKEUCHI

Bendrovė planuoja gaminti vyno aušintuvą, kuriam nereikia tokios pat aušinimo galios kaip dideliam šaldytuvui ar langų kintamosios srovės blokui, kaip pradinį gaminį, naudojant nenurodytą, bet pigesnę medžiagą.

Moya, viena iš mokslo straipsnio autorių, maždaug prieš pusantrų metų įkūrė savo startuolį. Barokalas , įsikūrusi Kembridže, Anglijoje, sukūrė šilumos siurblio prototipą, kuriuo remiasi plastikiniai kristalai kurie yra susiję su neopentilglikoliu, bet geresni, sako jis.

Apskritai, buvo sukurta keliolika startuolių, kad būtų galima komercializuoti technologiją, ir keletas esamų įmonių, įskaitant Kinijos buitinės technikos milžinę Haier ir Amerikos astronautikos korporaciją , taip pat ištyrė savo potencialą.

Cui tikisi, kad per ateinančius 5–10 metų pamatysime kai kuriuos pirmuosius komercinius produktus, pagamintus iš medžiagų, kurios keičia temperatūrą, reaguodamos į jėgą ir įtampą, tačiau jis sako, kad greičiausiai prireiks metų ilgiau, kol kainos taps konkurencingos standartinių aušinimo produktų atžvilgiu. .

Atnaujinimas: ši istorija buvo atnaujinta, siekiant paaiškinti neopentilglikolio eksperimentų laiką.

paslėpti