การใช้งานที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ระบบปรับอากาศใช้สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลัง แต่ทีมอิสระในยุโรปและสหรัฐอเมริกาคิดว่าพวกเขาอาจพบวิธีรักษาความเย็นที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นโดยใช้ไฟฟ้าเพื่อดูดซับความร้อนโดยการควบคุมเอนโทรปีของวัสดุ “ไฟฟ้า” เซรามิก พวกเขาได้แสดงวิธีการเพิ่มพลังความเย็นของเทคนิคนี้ และกล่าวว่ามันสามารถแข่งขันกับระบบทำความเย็น
แบบอัดไอแบบเดิมได้ปัจจุบันเครื่องปรับอากาศใช้พลังงาน
ไฟฟ้าประมาณ 10% ของโลกและสามารถใช้งานได้มากขึ้นในอนาคต โดยหน่วยทำความเย็นคาดว่าจะเติบโตจาก 1.2 พันล้านในปี 2018 เป็นประมาณ 4.5 พันล้านในปี 2050 ตามข้อมูลของ Rocky Mountain Institute ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนที่มักใช้เป็นสารทำความเย็นในระบบเหล่านี้มีประสิทธิภาพและไม่ติดไฟ แต่ก็เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพสูงเช่นกัน โดยดักจับความร้อนเมื่อปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์
โดยหลักการแล้ว วัสดุแคลอรี่สามารถทำหน้าที่คล้ายกับสารทำความเย็นเหล่านี้ในขณะที่ไม่ปล่อยมลพิษ แนวคิดคือการสูบความร้อนจากห้องเย็นไปยังที่กลางแจ้งที่ร้อน ไม่ใช่โดยการบีบอัดและขยายของเหลวสลับกัน แต่ให้เพิ่มและลดเอนโทรปีของวัสดุโดยการควบคุมคุณสมบัติความยืดหยุ่น แม่เหล็ก หรือทางไฟฟ้าของวัสดุ ในกรณีหลัง นี่หมายถึงการใช้สนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมโพลาไรซ์ของโมเมนต์ไดโพลภายในวัสดุไดอิเล็กทริก
การเริ่มต้นที่สดใส การวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบทางไฟฟ้า
ความร้อนในเซรามิกเริ่มมีเสียงคำรามในช่วงต้นทศวรรษ 1990 เมื่อนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิศวกรรมพลังงานมอสโกในรัสเซียอ้างว่าสามารถรองรับความแตกต่างของอุณหภูมิได้สูงถึง 12.7 °C ระหว่างแหล่งความร้อนและอ่างความร้อน งานนี้ไม่อาศัยคอมเพรสเซอร์ ปั๊ม หรือแม่เหล็กขนาดใหญ่ จึงมีคำมั่นสัญญาว่าเครื่องปรับอากาศจะมีประสิทธิภาพ ราคาถูก และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่การเปลี่ยนผลลัพธ์เหล่านั้นให้กลายเป็นอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงได้พิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าใช้งานได้จริง โดยคุณสมบัติของวัสดุในส่วนประกอบจำนวนมากแตกต่างกันมากเมื่อเทียบกับฟิล์มบางที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ
งานวิจัยใหม่จากDavid Schwartz , Yunda Wangและเพื่อนร่วมงานที่ PARC ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Xerox ในแคลิฟอร์เนีย ไม่ได้ทำลายสถิติอุณหภูมิใดๆ แต่พวกเขากล่าวว่า แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการสามารถปรับขนาดได้อย่างไร พวกเขาใช้เทคนิคการผลิตจำนวนมากซึ่งมักใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เพื่อผลิตอุปกรณ์โซลิดสเตตจากตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น ตัวเก็บประจุซึ่งมีความกว้างเพียงไม่กี่มิลลิเมตรและทำจากตะกั่วสแกนเดียมแทนทาไลต์ จัดจำหน่ายโดยบริษัท Murata Manufacturing ของญี่ปุ่น
หัวใจของอุปกรณ์ PARC มีตัวเก็บประจุแบบหลายชั้นสองชั้นที่เรียงกันระหว่างรางทองแดงและคั่นด้วยฉนวน ชั้นบนประกอบด้วยตัวเก็บประจุห้าตัว ในขณะที่ตัวล่างมีสี่ตัว แม้ว่าจะหุ้มด้วยฮีตซิงก์อะลูมิเนียมที่ปลายแต่ละด้าน ตัวกระตุ้นจะเคลื่อนชั้นบนสุดไปทางซ้ายและขวาเพื่อให้ตัวเก็บประจุสี่ตัวอยู่ในแนวเดียวกับที่อยู่ด้านล่างเสมอ ในขณะที่ตัวพิเศษที่ปลายทั้งสองข้างจะเข้าและออกจากหน้าสัมผัสทางความร้อนกับแผงระบายความร้อนที่อยู่ด้านล่าง
วงจรเบรย์ตันชวาร์ตษ์และเพื่อนร่วมงานใช้อุปกรณ์
ของตนเพื่อดำเนินการวงจร Brayton ทางอุณหพลศาสตร์หลายรอบ โดยฮีตซิงก์ตัวใดตัวหนึ่งจะถูกระบายความร้อนอย่างค่อยเป็นค่อยไป ในขณะที่อีกตัวทำหน้าที่เป็นอ่างความร้อนภายนอก การระบายความร้อนจะเกิดขึ้นในระยะแรก โดยความร้อนจะไหลจากตัวเก็บประจุสี่ตัวและตัวระบายความร้อนด้านล่างไปยังตัวเก็บประจุทั้งห้าด้านบน จากนั้นในขั้นตอนที่สอง ชั้นบนสุดจะถูกย้าย และใช้สนามไฟฟ้า ซึ่งจะเรียงไดโพลและลดเอนโทรปีของพวกมัน อย่างไรก็ตาม ในการชดเชย เอนโทรปีของการสั่นของโมเลกุลของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อุณหภูมิอะเดียแบติกสูงขึ้น
ด้วยอุณหภูมิของชั้นบนตอนนี้สูงกว่าอ่างน้ำร้อน ขั้นตอนที่สามเห็นตัวเก็บประจุที่ส่วนท้ายทิ้งความร้อนบางส่วนลงในอ่างนั้น ในที่สุดสนามไฟฟ้าจะถูกปิดและอุณหภูมิของชั้นบนลดลงต่ำกว่าชั้นล่างอีกครั้งแบบอะเดียแบติก วงจรจะทำซ้ำ
ชวาร์ตษ์และเพื่อนร่วมงานพบว่าเมื่อใช้สนามไฟฟ้าที่มากกว่า 10 MV/m ตัวเก็บประจุจะได้รับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (และลดลง) 2.5 °C ต่อรอบ เมื่ออ่างเย็นค่อยๆ เย็นลงอย่างคงที่ตลอดประมาณ 100 รอบ พวกเขาพบว่าอุณหภูมิลดลง 5.2 °C เมื่อเทียบกับอ่างน้ำร้อน พวกเขายังวัดฟลักซ์ความร้อนที่ 135 mWcm -2ซึ่งพวกเขากล่าวว่าสูงกว่าระบบทำความเย็นด้วยไฟฟ้าอื่น ๆ มากกว่าสี่เท่า
นักวิจัยคาดว่าการปรับขนาดและรูปร่างของตัวเก็บประจุและปรับแต่งระบบอื่นๆ จะทำให้ประสิทธิภาพการปั๊มความร้อนเพิ่มขึ้นมากกว่า 50% และพวกเขากล่าวว่าจะทำให้ “แข่งขันกับการระบายความร้อนด้วยการอัดไอ”
ความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงขึ้นมากอันที่จริงแล้วEmmanuel Defay, Alvar Torelló และเพื่อนร่วมงานที่สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งลักเซมเบิร์กในลักเซมเบิร์กได้บรรลุความแตกต่างของอุณหภูมิที่สูงกว่ามากถึง 13 °C ในระบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย พวกเขายังใช้ตัวเก็บประจุหลายชั้นที่ทำจากตะกั่ว scandium tantalate ที่จัดหาโดย Murata แต่ได้รับการระบายความร้อนที่มากขึ้นโดยการส่งของเหลวอิเล็กทริกไปมาผ่านของแข็งแคลอรี่
Defay และเพื่อนร่วมงานให้เหตุผลว่าช่วงอุณหภูมิของพวกเขา “ทำลายอุปสรรคสำคัญและยืนยันว่าวัสดุอิเล็กโทรแคลอรีมีแนวโน้มว่าจะใช้สำหรับการทำความเย็น” พวกเขายังคิดด้วยว่าการลดความหนาของตัวเก็บประจุ (เหลือ 0.2 มม.) และใช้น้ำแทนที่จะเป็นไดอิเล็กทริก อาจทำให้มีช่วงสูงถึง 47.5 °C แต่เทคโนโลยีของพวกเขายังอยู่ในขั้นเริ่มต้น และกล่าวว่าการใช้งานจริงจะต้องใช้ตัวเก็บประจุที่มีสนามแตกตัวสูงกว่าและฉนวนไฟฟ้าที่ดีกว่า
Credit : equinac.org eroticablog.net escortlartrabzon.net extremeot.net faiteslaville.org
