Almanya'daki Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ve Japonya’daki University of Tsukuba araştırmacıları, ısı enerjisinden yararlanarak soğutma gerçekleştirebilen yeni bir katı hal sistemi geliştirdi. Nature Energy dergisinde yayımlanan çalışmada, iki farklı şekil hafızalı alaşım film bir araya getirilerek ısı enerjisi doğrudan soğutma döngüsünün çalıştırılmasında kullanıldı.
Alaşımlardan biri ısıyı mekanik harekete dönüştürürken ikinci malzeme ortaya çıkan hareket sayesinde soğutma sağlıyor. Böylelikle geleneksel elastokalorik soğutma sistemlerinde gerekli olan elektrikli motor veya hidrolik aktüatörün görevini ısıyla çalışan başka bir akıllı metal üstleniyor.
Günümüzde buzdolabı ve klimaların büyük bölümü buhar sıkıştırmalı soğutma teknolojisini kullanıyor. Elektrikle çalışan kompresör, soğutucu gazı sıkıştırarak basıncını ve sıcaklığını artırıyor. Soğutucu daha sonra çevreye ısı veriyor, basıncı düşürülüyor ve yeniden ısı emebilecek hale geliyor.
Katı hal soğutma teknolojileri ise gaz ve sıvı arasında sürekli faz değişimine ihtiyaç duymuyor. Bunun yerine elektrik akımı, manyetik alan, elektrik alanı veya mekanik gerilim gibi dış etkiler karşısında sıcaklığı değişen malzemelerden yararlanılıyor.
Araştırmacıların kullandığı elastokalorik yöntemde ise nikel-titanyum tabanlı şekil hafızalı alaşımlar mekanik olarak gerildiğinde veya sıkıştırıldığında kristal yapılarını değiştiriyor. Yük uygulandığında gerçekleşen faz dönüşümü sırasında ısı açığa çıkarken, yük kaldırıldığında ters yöndeki dönüşüm ısı emilmesine ve malzemenin soğumasına yol açıyor.
Mevcut elastokalorik prototiplerde alaşımın sürekli gerilip serbest bırakılması için elektrikli motorlara veya hidrolik sistemlere ihtiyaç duyuluyor. KIT ve University of Tsukuba ekibi ise gerekli hareketi üretmek için ikinci bir şekil hafızalı alaşımdan yararlandı.
Prototipte 22 mikrometre kalınlığında titanyum-nikel (TiNi) film termal aktüatör olarak görev yapıyor. Aktüatör, soğutucu görevindeki 26,5 mikrometre kalınlığındaki titanyum-nikel-demir (TiNiFe) filme mekanik olarak bağlanıyor.
TiNi aktüatör ısıtıldığında kasılıyor. Isı ortadan kaldırıldığında ise önceden belirlenmiş şekline geri dönerek TiNiFe soğutucu malzemeyi geriyor. Gerilme, soğutucu alaşımda faz dönüşümünü tetikleyerek ısı açığa çıkmasına yol açıyor.
Araştırmacılar ilk testlerde TiNi aktüatörü elektrik direnci aracılığıyla ısıttı. Aktüatörün ortalama en yüksek sıcaklığı 86 °C'ye ulaştığında TiNiFe soğutucu malzemede 12,9 K sıcaklık farkı elde edildi.
Isı eşanjörleri ve prototipin diğer parçaları sisteme dahil edildiğinde ise cihaz 20 döngünün ardından 4,0 K sıcaklık farkına ulaştı.
Ekip daha sonra elektrikle ısıtma yöntemini kaldırarak 130 °C sıcaklıkta tutulan harici katı bir ısı kaynağı kullandı. Isı doğrudan temas yoluyla aktüatöre aktarılırken sistem çalışmaya devam etti.
Harici ısıyla çalışan prototip, cihaz seviyesinde sürekli 2,2 K sıcaklık farkı oluşturdu. Sıcak taraf başlangıç değerinin yaklaşık 1,2 °C üzerine çıkarken soğuk taraf yaklaşık 1,0 °C daha düşük sıcaklığa ulaştı. Sistem aynı koşullarda 2,09 miliwatt soğutma gücü üretti. Bu da aktif soğutucu malzemenin gramı başına 3,32 W soğutma gücüne karşılık geliyor.
Derinlemesine Analiz, Teyitli Haber! Tıkla ve favori kaynağın yap.
Google Play
App Store
Haberi Paylaş
11:36
İLGİLİ HABERLER
YORUM YAZ