Представляем новую технологию охлаждения при помощи сжатия. Как показывают исследования, новые технологии «упругого охлаждения» потенциально проявили себя более эффективно, чем традиционные методы, основанные на испарении, причем используются в них экологически чистые хладагенты.
В основе новой технологии лежит явление изменения температуры при изменении механического давления в холодильной системе. В одном из наиболее популярных журналов по прикладной физике, группа ученых их Датского Технического университета сообщила, что новый эффект, получивший название “Elastocaloric” (упругая калорийность), открывает дверь альтернативным технологиям твердотельного охлаждения без использования классических технологий с испарением.
Эффект Elastocaloric является не таким уж и новым, ученым известно, что резкое изменение внешнего воздействия на материал, может изменить его термодинамические свойства или энтропию, которая является мерой необратимости термодинамических процессов.
Датские ученые уже достаточно давно специализируются на изучении различных эффектов, которые позволяют разрабатывать новые технологии для производства холодильного оборудования. Несколько лет назад они успешно разработали холодильную систему, работающую на принципе изменения термодинамических характеристик материалов в магнитном поле. Теперь же они изучают потенциал охлаждения на основе внешнего силового воздействия.
Что же стало причиной изучения нового явления для его применения в производстве холодильных машин? Один из руководителей исследовательской программы из Датского Технического университета JakaTušek заявил, что при эффекте Elastocaloric выделяется большое количество скрытой энергии, которая генерирует высокие мощности, гораздо превышающие возможности генерирования холода при помощи магнитных полей.
С физической точки зрения новый эффект связан с мартенсинтым превращением, проявляющимся в буздиффузионном структурном изменении аустенита и мартенситовой фазы (жесткой и подвижной кристаллической решетки), которые вызываются снижением температуры или внешней силой. Каждое из этих воздействий вызывает температурно-индуцированный эффект «памяти формы» или стресс-индуцированный эффект «сверхупругости».
«Нестационарная температура реакции на протяжении всего преобразования целинных и полностью стабилизированной проволоки». J. Tušek, K. Engelbrecht, L.P. Mikkelsen, N. Pryds
Как именно происходит охлаждение при помощи технологии Elastocaloric? На материал в аустенитной фазе происходит воздействие, происходит процесс экзотермичного аустенитно-мартенситного превращения, в результате чего металл нагревается, отдавая тепло в окружающую среду. После этого нагрузка снимается, и кристаллическая структура переходит к исходной форме, в результате чего материал остывает и может поглощать тепло из окружающей среды.
Группа показала первые образцы материалов, с которыми можно создавать технологию Elastocaloric на основе никель-титановых сплавов. Такой сплав можно многократно подвергать нагрузкам для воспроизведения нужного эффекта в широком диапазоне температур. По словам ученых это важный шаг в изучении свой свойства материалов в рамках технологии Elastocaloric для охлаждающих устройств. Они могут быть использованы не только в бытовых холодильниках или кондиционерах, но и в тепловых насосах, для которых требуется разность температур между источником тепла и радиатором не менее 30 Кельвинов.
«Нестационарная температура реакции на протяжении всего преобразования целинных и полностью стабилизированной проволоки». J. Tušek, K. Engelbrecht, L.P. Mikkelsen, N. Pryds
Одной из непростых задач, которые решили датские ученые, является стабилизация никель-титанового сплава. Она необходима для того, чтобы обеспечить многократность воспроизведения данного эффекта, что имеет решающее значение для перевода новой технологии на практические рельсы. Специалисты говорят о том, что технология Elastocaloric поможет создать совершенно новые модели холодильного оборудования, включая тепловые насосы, холодильники, кондиционеры и т.д. Она может рассматриваться как прямой конкурент и замена устаревающей технологии, использующей газообразные хладагенты. Новая технология сжатия более эффективна, отличается экологической безопасностью и универсальностью использования. Не исключено, что благодаря высокой надежности терморегулирующие системы космических станций тоже вскоре перейдут на технологию Elastocaloric.
По словам JakaTušek в скором будущем будет выпущен первый большой прототип холодильной установки Elastocaloric, который продемонстрирует потенциал новой технологии. Затем будут созданы еще более сложные и производительные устройства, которые смогут успешно конкурировать на рынке с классическими системами. В будущем команда будет работать над методами преодоления усталости материала, которая является основным фактором, ограничивающим применение новой технологии.
Источник: http://phys.org
