Специалисты Гарвардского университета разработали первый в своем роде прототип системы охлаждения с использованием твердых барокалорических хладагентов.
Холодильные установки на базе барокалорических материалов аналогично традиционным парожидкостным системам охлаждения реализовывают тепловой цикл при изменении давления рабочего вещества, но только в данном случае давление не приводит к изменению его фазового состояния. Материал остается твердым, меняется только его внутренняя молекулярная структура.
Ключевой структурной особенностью новых барокалорических материалов является то, что они содержат длинные и гибкие молекулярные цепочки, которые обычно являются неупорядоченными. Под давлением цепочки становятся более упорядоченными и жесткими — и это как раз то изменение, которое сопровождается выделением тепла.
Джарад Мейсон, главный исследователь проекта в Гарвардском университете, поясняет, что процесс изменения структуры вещества подобен плавлению воска, но без превращения его в жидкость. Когда давление сбрасывается, материал поглощает тепло, завершая цикл.
Недостатком барокалорических систем, однако, является то, что для большинства этих материалов требуется большое давление для запуска тепловых циклов. Для создания такого давления в системах требуется дорогостоящее специализированное оборудование, которое нецелесообразно для применения в реальных системах охлаждения.
Прототип
Мейсон и его команда сообщили о новых барокалорических материалах, которые могут применяться в качестве хладагентов при гораздо более низких давлениях. Теперь они доказали, что хладагенты, которые называются металлогалогенидными перовскитами, могут эффективно работать в системе охлаждения, которую они создали с нуля.
«Материалы, о которых идет речь, могут работать при давлении около 200 атмосфер, это давление при котором может работает обычная гидравлическая система», — сказал Адам Славни, химик и материаловед из Гарварда.
Сейчас команда построила прототип, демонстрирующий использование новых материалов в реально работающей системе охлаждения. Устройство состоит из трех основных частей. Одна из них представляет собой металлическую трубку, заполненную твердым хладагентом и инертной жидкостью — водой или маслом. Другой частью устройства является гидравлический поршень, который оказывает давление на жидкость. А третья часть — это жидкость, которая помогает передавать это давление хладагенту и переносить тепло через систему.
После решения ряда инженерных задач команда показала, что барокалорические материалы работают как функциональные хладагенты, превращая изменение давления в полные циклы изменения температуры.
Насколько известно, это первая в мире работающая система охлаждения, использующая твердотельные хладагенты, зависящие от изменения давления.Наша система по-прежнему не использует такое низкое давление, как в коммерческих холодильных системах, но мы приближаемся к этому.
— говорит Мейсон.
Теперь, когда работающий прототип создан, команда планирует протестировать и другие барокалорические материалы.
«Мы действительно надеемся использовать эту машину в качестве испытательного стенда, который поможет нам найти еще лучшие материалы. В том числе те, которые работают при более низких давлениях и имею лучшую теплопроводность», — говорит Славни.
Исследователи полагают, что при оптимально выбранном материале твердотельные хладагенты могут стать жизнеспособной заменой ряда опасных для озонового слоя земли рабочих веществ.
Источник: coolingpost.com
Перевод: команда Академии КриоФрост
