Может ли ионокалорическое охлаждение заменить паровую компрессию?
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики экспериментировали с созданием эффекта охлаждения, используя ионы для управления фазовыми переходами из твердого состояния в жидкое.
Метод, который они назвали ионокалорическим охлаждением, использует то, как энергия или тепло накапливается или высвобождается, когда материал меняет свою фазу — например, превращается из твердого льда в жидкую воду. Ионокалорический цикл вызывает это фазовое и температурное изменение за счет потока ионов (электрически заряженных атомов или молекул), которые исходят из соли.
Другие виды «калорийного» охлаждения исследовались в прошлом и продолжают исследоваться. К ним относятся магнетизм, давление, растяжение и электрические поля для управления твердыми материалами, чтобы они поглощали или выделяли тепло. Ионокалорическое охлаждение отличается использованием ионов для управления фазовыми переходами из твердого состояния в жидкое. Использование жидкости имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что материал можно перекачивать, что облегчает подачу тепла в систему или из нее — с чем твердотельное охлаждение борется.
Ученые лаборатории Беркли подсчитали, что он может конкурировать или даже превзойти эффективность газообразных хладагентов, используемых сегодня в большинстве систем.
Проходящий через систему ток перемещает ионы, изменяя температуру плавления материала. При плавлении материал поглощает тепло из окружающей среды, а когда ионы удаляются и материал затвердевает, отдает тепло обратно.
Эксперименты
В экспериментальных демонстрациях команда использовала соль, приготовленную из йода и натрия, наряду с этиленкарбонатом, обычным органическим растворителем, используемым в литий-ионных батареях. Первый эксперимент показал изменение температуры на 25ºC при использовании менее 1 В, больший подъем температуры, чем продемонстрировали другие калорические технологии.
«Использование такого материала, как этиленкарбонат, на самом деле может быть углеродно-отрицательным, потому что вы производите его, используя углекислый газ в качестве исходного материала. Это может дать нам возможность использовать CO2 для улавливания углерода», — прокомментировал Дрю Лилли, аспирант лаборатории Беркли и кандидат наук в Калифорнийском университете в Беркли, который руководил исследованием.
Исследователи надеются, что однажды этот метод сможет обеспечить эффективное отопление и охлаждение и приведет к постепенному отказу от традиционных систем сжатия пара.
«Ландшафт хладагентов — нерешенная проблема. Никому не удалось успешно разработать альтернативное решение, которое охлаждает продукты, работает эффективно, безопасно и не наносит вреда окружающей среде», — сказал Дрю Лилли. «Мы думаем, что ионокалорический цикл может достичь всех этих целей, если его правильно реализовать».
Перспективный
Процитированный на веб-сайте лаборатории Беркли коллега Лилли Рави Прашер, научный сотрудник отдела энергетических технологий лаборатории Беркли и адъюнкт-профессор машиностроения Калифорнийского университета в Беркли, сказал: «Мы пытаемся сбалансировать три вещи: ПГП хладагента. , энергоэффективность и стоимость самого оборудования. С первой попытки наши данные выглядят очень многообещающе по всем трем аспектам».
В то время как калорические методы часто обсуждаются с точки зрения их охлаждающей способности, циклы также могут быть использованы для таких приложений, как нагрев воды или промышленное отопление. Команда ionocaloric продолжает работу над прототипами, чтобы определить, как метод может масштабироваться для поддержки большого количества охлаждения, улучшения количества изменений температуры, которые может поддерживать система, и повышения эффективности.
«У нас есть этот совершенно новый термодинамический цикл и структура, которые объединяют элементы из разных областей, и мы показали, что они могут работать», — сказал Прашер. «Теперь пришло время для экспериментов, чтобы протестировать различные комбинации материалов и технологий для решения инженерных задач».
Метод, который они назвали ионокалорическим охлаждением, использует то, как энергия или тепло накапливается или высвобождается, когда материал меняет свою фазу — например, превращается из твердого льда в жидкую воду. Ионокалорический цикл вызывает это фазовое и температурное изменение за счет потока ионов (электрически заряженных атомов или молекул), которые исходят из соли.
Другие виды «калорийного» охлаждения исследовались в прошлом и продолжают исследоваться. К ним относятся магнетизм, давление, растяжение и электрические поля для управления твердыми материалами, чтобы они поглощали или выделяли тепло. Ионокалорическое охлаждение отличается использованием ионов для управления фазовыми переходами из твердого состояния в жидкое. Использование жидкости имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что материал можно перекачивать, что облегчает подачу тепла в систему или из нее — с чем твердотельное охлаждение борется.
Ученые лаборатории Беркли подсчитали, что он может конкурировать или даже превзойти эффективность газообразных хладагентов, используемых сегодня в большинстве систем.
Проходящий через систему ток перемещает ионы, изменяя температуру плавления материала. При плавлении материал поглощает тепло из окружающей среды, а когда ионы удаляются и материал затвердевает, отдает тепло обратно.
Эксперименты
В экспериментальных демонстрациях команда использовала соль, приготовленную из йода и натрия, наряду с этиленкарбонатом, обычным органическим растворителем, используемым в литий-ионных батареях. Первый эксперимент показал изменение температуры на 25ºC при использовании менее 1 В, больший подъем температуры, чем продемонстрировали другие калорические технологии.
«Использование такого материала, как этиленкарбонат, на самом деле может быть углеродно-отрицательным, потому что вы производите его, используя углекислый газ в качестве исходного материала. Это может дать нам возможность использовать CO2 для улавливания углерода», — прокомментировал Дрю Лилли, аспирант лаборатории Беркли и кандидат наук в Калифорнийском университете в Беркли, который руководил исследованием.
Исследователи надеются, что однажды этот метод сможет обеспечить эффективное отопление и охлаждение и приведет к постепенному отказу от традиционных систем сжатия пара.
«Ландшафт хладагентов — нерешенная проблема. Никому не удалось успешно разработать альтернативное решение, которое охлаждает продукты, работает эффективно, безопасно и не наносит вреда окружающей среде», — сказал Дрю Лилли. «Мы думаем, что ионокалорический цикл может достичь всех этих целей, если его правильно реализовать».
Перспективный
Процитированный на веб-сайте лаборатории Беркли коллега Лилли Рави Прашер, научный сотрудник отдела энергетических технологий лаборатории Беркли и адъюнкт-профессор машиностроения Калифорнийского университета в Беркли, сказал: «Мы пытаемся сбалансировать три вещи: ПГП хладагента. , энергоэффективность и стоимость самого оборудования. С первой попытки наши данные выглядят очень многообещающе по всем трем аспектам».
В то время как калорические методы часто обсуждаются с точки зрения их охлаждающей способности, циклы также могут быть использованы для таких приложений, как нагрев воды или промышленное отопление. Команда ionocaloric продолжает работу над прототипами, чтобы определить, как метод может масштабироваться для поддержки большого количества охлаждения, улучшения количества изменений температуры, которые может поддерживать система, и повышения эффективности.
«У нас есть этот совершенно новый термодинамический цикл и структура, которые объединяют элементы из разных областей, и мы показали, что они могут работать», — сказал Прашер. «Теперь пришло время для экспериментов, чтобы протестировать различные комбинации материалов и технологий для решения инженерных задач».
