Elektrocalorisk køleskab tilbyder en alternativ måde at afkøle alt fra mad til computere

(Phys.org) —Forskere har bygget et elektrokalorisk køleskab på størrelse med en drikkevarebanefart, der kan generere en temperaturforskel på ca. 2 K mellem de varme og kolde ender på enheden. Kølemekanismen, som er baseret på den elektrokaloriske effekt, involverer skiftevis påføring og fjernelse af et elektrisk felt til et materiale for at øge og reducere materialets temperatur, henholdsvis. Den nye afkølingsmetode kan potentielt opnå en højere effektivitet end nuværende metoder, angiver, at elektrokaloriske køleenheder en dag kan erstatte nutidens køleskabe og andre køleenheder.

"Sammenlignet med traditionelle afkølingsmetoder, den nye afkølingsmetode beskrevet her har højere køleeffektivitet og kølekraft med en mere kompakt størrelse, "medforfatter Qiming Zhang, Fremstående professor i elektroteknik og materialevidenskab ved Pennsylvania State University, fortalt Phys.org .

"Med den fortsatte udvikling af elektrokaloriske materialer, elektrokaloriske køleenheder har potentiale til at erstatte traditionel dampkomprimeringscyklusbaseret køling, som er meget udbredt i klimaanlæg og køleskabe. Specifikt, den kan bruges i vinkølere, computerkøling, lokaliseret klimakontrol (distribuerede klimaanlæg), medicinske anvendelser, og elbiler. "

Zhang og hans medforfattere har udgivet et papir om det elektrokaloriske køleskab i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

Selvom der har været andre elektrokaloriske køleenheder, disse enheder bruger typisk aktive regeneratorer som varmeoverførselsmaterialer, og aktive regeneratorer oplever varmetab på grund af de cykliske temperaturændringer, de skal udholde. Den her viste elektrokaloriske enhed bruger ikke aktive regeneratorer, hvilket giver mulighed for at opnå en højere køleeffektivitet og kølekraft.

Den nye enhed indeholder flere keramiske ringe, hver bestående af omkring et dusin elementer i møntstørrelse. Tilstødende ringe roterer i modsatte retninger med en hastighed på flere omdrejninger pr. Minut. Når elementerne i en ring roterer mod den varme ende, et elektrisk felt påføres elementerne, får dem til at skubbe varme ud. Omvendt når elementerne roterer mod den kolde ende, det elektriske felt reduceres til nul, får elementerne til at absorbere varme. Varme udveksles mellem tilstødende ringe, der roterer i modsatte retninger, som yderligere afkøler den kolde ende og opvarmer den varme ende af enheden.

I tidligere arbejde, nogle af forskerne i den aktuelle undersøgelse viste i simuleringer, hvordan enheden fungerer, og det nye studie markerer første gang, at de eksperimentelt har demonstreret konceptet. Deres prototype udviser en temperaturforskel på 2 K mellem de varme og kolde ender, svarende til en regenereringsfaktor, der er på niveau med den for de bedste lignende køleenheder. Da prototypen bruger kommercielle keramiske materialer og kun to elektrokaloriske ringe, forskerne forventer, at enhedens ydeevne kan forbedres betydeligt med bedre materialer og yderligere ringe. Udvikling af keramiske materialer med store elektrokaloriske effekter er et forskningsområde, og forskerne forventer, at nogle af disse materialer kan være ideelt egnet til denne type køleenhed.

"I fremtiden, vi vil fokusere på at udvikle elektrokaloriske materialer (herunder polymer og keramik), som kan generere den elektrokaloriske effekt ved meget lav spænding, "Sagde Zhang." Vi vil også arbejde på at opskalere de nuværende state-of-the-art elektrokaloriske materialer til kommerciel skala, som kan bruges pålideligt med en påført spænding på mindre end 200 volt. "

© 2017 Phys.org