نوآوری محققان: توسعه سیستم سرمایشی جدیدی که می‌تواند گرما را به سرما تبدیل کند

پژوهشگران مؤسسه فناوری کارلسروهه آلمان و دانشگاه تسوکوبا ژاپن سیستمی سرمایشی ساخته‌اند که به‌جای برق و موتور الکتریکی، از گرما برای ایجاد سرمایش استفاده می‌کند. نمونه آزمایشگاهی این سیستم با استفاده از دو لایه فوق‌نازک نیکل-تیتانیوم، بخشی از انرژی گرمایی را به حرکت مکانیکی و سپس به سرمایش تبدیل می‌کند و می‌تواند از گرمای اتلافی یا انرژی خورشیدی به‌عنوان منبع انرژی بهره بگیرد.

این فناوری بر پایه سرمایش الاستوکالریک ساخته شده است؛ در این روش مواد با آلیاژ حافظه‌دار، هنگام اعمال و سپس آزادشدن بار مکانیکی، تغییرات دمایی ایجاد می‌کنند. سیستم‌های الاستوکالریک قدیمی برای اعمال این نیرو به محرک‌های الکتریکی نیاز دارند، اما طراحی جدید تلاش می‌کند خود گرما را جایگزین محرک الکتریکی کند.

اهمیت این رویکرد به افزایش تقاضا برای سرمایش و گرمایش بازمی‌گردد که درمجموع تقریباً نیمی از مصرف انرژی جهان را تشکیل می‌دهند. یخچال‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع و مراکز داده نیز در بیش از یک قرن گذشته عمدتاً از کمپرسورهای برقی برای جابه‌جایی گرما استفاده کرده‌اند.

سیستم سرمایشی برای تبدیل گرما به سرما

سیستم جدید از دو لایه نیکل-تیتانیومی تشکیل شده که وظایف متفاوتی دارند. لایه نخست هنگام گرم‌شدن، بر اثر حافظه خود منقبض می‌شود و بدون استفاده از موتور الکتریکی، انرژی گرمایی را مستقیماً به کار مکانیکی تبدیل می‌کند.

حرکت ایجادشده سپس به لایه دوم منتقل می‌شود. اعمال و آزادسازی مکرر نیرو در این لایه باعث تغییرات برگشت‌پذیر در ساختار بلوری آن می‌شود و در نتیجه سرمایش ایجاد می‌کند. به این ترتیب، لایه نخست همان نقشی را ایفا می‌کند که محرک الکتریکی در سیستم‌های سرمایش الاستوکالریک پیشین برعهده داشت.

محققان می‌گوید: «نوآوری اصلی این است که دو عملکرد مکمل آلیاژهای حافظه‌دار شکل را با یکدیگر ترکیب می‌کنیم؛ یک لایه گرما را به کار مکانیکی تبدیل می‌کند و لایه دیگر این کار را به سرما تبدیل می‌کند.»

آزمایش‌های انجام‌شده نشان دادند که نمونه اولیه واقعاً می‌تواند سرمایش ایجاد کند. در دمای ۸۶ درجه سانتی‌گراد برای محرک، سیستم در سطح قطعه به اختلاف دمای ۴ درجه سانتی‌گراد رسید. در همین آزمایش، تغییر دمای ماده الاستوکالریک مورد استفاده در سیستم نزدیک به ۱۳ درجه سانتی‌گراد بود.

از کاربردهای احتمالی این فناوری می‌توان به خنک‌کردن پردازنده‌های کامپیوتر با استفاده از گرمای اتلافی خود آن‌ها و سرمایش تجهیزات الکترونیکی حساس خودرو با استفاده از گرمای تولیدشده در سیستم انتقال نیرو اشاره کرد.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Nature Energy منتشر شده است.