Ученые разработали уникальную холодильную установку на основе нитинола

0
417

Этот уникальный холодильник в два раза эффективнее обычного и не требует хладагентов.

Прототип устройства, который был разработан исследовательской группой во главе с профессорами Стефаном Зелецке и Андреасом Шютце из Саарского университета, способен передавать тепло с помощью «мышц», изготовленных из никель-титана с памятью формы.

При расширении они способны поглощать тепло, а при возвращении в исходное состояние отдавать его обратно — причем перепад температур составляет более 20 градусов.

«Когда предварительно напряженные нитиноловые проволоки разгружаются при комнатной температуре, они охлаждаются на целых 20 градусов», — говорит Феликс Уэлш, который работал над прототипом в рамках своего докторского исследовательского проекта вместе со своим коллегой по команде Сюзанн-Мари Кирш.

Но это минимальные значения, на самом деле, немецким инженерам удалось достичь гораздо больших показателей. Исследователи из Саарбрюккена (на фото внизу) разработали экологически чистую систему нагрева и охлаждения, которая в два-три раза эффективнее, чем обычные устройства нагрева и охлаждения.

В упрощенной форме прототип нового холодильника выглядит как вращающийся цилиндр, на который намотаны жгуты из нитинола (так называется данный сплав). Вращаясь, жгуты на одной стороне установки растягиваются и извлекают тепло из воздуха, а затем перемещаются на другую и сжимаются, выпуская тепло наружу. Остается только смонтировать короба с вентиляторами для прогона воздуха, чтобы получить комбинированный источник тепла и холода.

Но то, что звучит так просто, оказывается сложным и сложным для реализации. Инженеры из Саарского университета и из Земы (Центр мехатроники и технологий автоматизации) в Саарбрюккене несколько лет работали над этой проблемой в различных проектах, включая финансируемую DFG приоритетную программу «Ferroic Cooling».

Используя комбинацию экспериментальных исследований и численного моделирования, они смогли определить, как максимизировать эффективность основного механизма, уровень нагрузки на проволоку, необходимый для достижения определенной степени охлаждения, идеальную скорость вращения и сколько нитиноловых проволок необходимо включить в пачке.

«Чем больше площадь поверхности, тем быстрее теплопередача, поэтому пучки проводов обеспечивают наилучшие возможности охлаждения», — объясняет Сюзанна-Мари Кирш. «Мы используем тепловизионную камеру, чтобы точно проанализировать, как протекают этапы нагрева и охлаждения».

В результате своей исследовательской работы у команды инженеров теперь есть ряд параметров, которые они могут настраивать, чтобы адаптировать свою систему к различным потребностям. «Мы взяли результаты, полученные к настоящему времени, и разработали программное обеспечение, которое позволяет нам точно настраивать нашу технологию нагрева и охлаждения на компьютере для конкретных применений. Как только компьютерное моделирование и планирование будет завершено, система может быть построена», — объясняет Кирш.

То есть секрет технологии в скрупулезном расчете параметров – размеры самих жгутов и их пучков, скорость движения отдельных частей, нагрузку на цилиндр и проволоку, параметры воздушных потоков и т.д. В результате, как утверждают авторы разработки, им удалось достичь максимального перепада температур между двумя частями установки, при этом мощность системы в 30 раз превышает усилие, которое нужно приложить для расширения и сжатия нитиноловой проволоки механическим путем.

Прототип механического холодильника вдвое эффективнее обычного теплового насоса и втрое – традиционного холодильника. Здесь нет никаких токсичных веществ, нет необходимости в теплообменниках и промежуточных звеньях, нет нужды в герметичных трубах, воздух охлаждается напрямую. А выбор именно нитинола, как сплава с высочайшей усталостной стойкостью, гарантирует бесперебойную работу в течение многих циклов.


fainaidea.com