Termokemisk kraftproduktion integreret med tvungen konvektionskøling

Forskere ved Tokyo Institute of Technology kombinerer tvungen konvektionskøling med termo-elektrokemisk energiomsætning for at skabe et selvbærende flydende kølesystem. En flydende elektrolyt cirkuleres gennem en celle for at afkøle en varm genstand, og den reversible kemiske reaktion i cellen genererer en højere elektrisk effekt end det hydrodynamiske pumpearbejde, der kræves for at drive væsken gennem cellen. Denne teknologi løser det mangeårige uadresserede problem med tabet af den frie energikomponent i termisk energi.

Aktiv køling er afgørende i de fleste moderne teknologier, lige fra mikroprocessorer i datacentre til møller og motorer. Tvunget konvektionskøling, som cirkulerer en kølevæskevæske over overfladen af ​​en varm genstand, er effektiv til at opfylde sådanne kølekrav, men kræver en pumpekraft for at sende kølevæsken gennem den varmegenererende sektion. Imidlertid, aktiv køling-hurtig fjernelse af en stor mængde termisk energi i varmekilden under en stor temperaturforskel-ødelægger øjeblikkeligt den frie energikomponent i termisk energi, som er en energidel, der kan konverteres til et elektrisk arbejde. Dette problem, der ledsager tvungen konvektionskøling, har været uadresseret på trods af den udbredte anvendelse af tvungen konvektionskøling i den nuværende verden.

En specifik metode til at omdanne spild af varme - den varme, der ikke skal fjernes aktivt - til elektrisk energi gennem flydende kemiske reaktioner er blevet undersøgt i flere årtier. Denne metode, kaldet termo-elektrokemisk omdannelse, involverer nedsænkning af to elektroder, der holdes ved forskellige temperaturer i en flydende elektrolyt indkapslet i en lukket beholder, hvor der opstår en reversibel reduktion-oxidation ("redox") reaktion. Denne reaktion genererer en elektrisk strøm gennem et eksternt kredsløb. Forskning i termo-elektrokemisk omdannelse er hovedsagelig blevet udført for statiske væsker.

I dette studie, et team af forskere fra Tokyo Institute of Technology integreret termo-elektrokemisk konvertering med tvungen konvektionskøling for delvis at genvinde den førnævnte del af fri energi, tabt i øjeblikket under tvungen konvektionskøling, i form af elektrisk strøm. I cellen udviklet af disse forskere, elektrolytvæsken flyves som kølevæske mellem to parallelle elektroder, hvoraf den ene er en varmeafgivende genstand, der skal køles. Redoxreaktionen i cellen genererer elektricitet; denne elektricitet kan bruges til at drive kølevæskestrømmen gennem cellen. Dette værk dykker ind i ukendt område, da konceptet og gennemførligheden af ​​et selvbærende væskekølesystem ikke tidligere er blevet påvist.

Forskerne gennemførte detaljerede undersøgelser for at belyse, hvordan køling og elproduktion fungerer i denne type tvunget-strøm termo-elektrokemisk system. Disse nye fund forventes at udgøre en grundlæggende strategi for opskalerede fremtidige applikationer. "Selvom prototypecellen, der blev udviklet i denne undersøgelse, var lille og dermed var ydelsen ved elproduktion begrænset, denne teknologi har meget forbedringsmuligheder ved at optimere væskekanalens geometri, elektrode materiale, og redox -kemikalierne, "bemærker prof. Yoichi Murakami, hovedforsker af dette projekt.

Gennem yderligere undersøgelser, dette koncept foreslået af forskerne kan forhåbentlig finde dets anvendelse i nær fremtid, tilvejebringelse af en ny teknologisk platform til tvungen konvektionskøling. "Gennem denne tilgang, vi kan delvis genvinde den frie energidel af den termiske energi, der i øjeblikket går tabt under tvungen konvektionskøling, og denne erhvervede elektriske effekt kan bruges til at pumpe kølemidlet i tvungen konvektionskøling, "slutter prof. Murakami.