تطوير ثلاجة صوتية حرارية عالية الكفاءة تعمل بالحرارة
تحقيق مطابقة فعالة للطاقة الصوتية بين وحدة المحرك ووحدة التبريد في درجات حرارة التسخين العالية
قام الباحثون بتطوير ثلاجة صوتية حرارية مبتكرة تعمل بالحرارة (HDTR) مع تكوين جانبي جديد يعمل على تحسين كفاءة هذه التقنية بشكل كبير.
نُشر البحث، بقيادة البروفيسور لوه إركانج من المعهد التقني للفيزياء والكيمياء (TIPC) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم والمتعاونين معهم، في مجلة Cell Reports Physical Science .
تُعرف تقنية HDTR بأنها تقنية تبريد جديدة واعدة تتمتع بالعديد من المزايا. على سبيل المثال، لا تحتوي على أجزاء متحركة، وتستخدم مواد صديقة للبيئة (مثل الهيليوم والنيتروجين)، كما أنها موثوقة للغاية. ومع ذلك، فإن كفاءتها المنخفضة نسبيًا أعاقت تطبيقها التجاري .
يمكن تقدير كفاءة HDTRs من خلال معامل الأداء (COP)، أي نسبة طاقة التبريد الناتجة إلى طاقة التسخين المدخلة. بالنسبة لـ HDTRs المتقدمة والمرتبطة مباشرة، وجد الباحثون انخفاضًا غير متوقع في COP مع زيادة درجة حرارة التسخين. علاوة على ذلك، اكتشفوا السبب: هناك قيد مطابق لدرجة الحرارة في هذه الأنظمة يمنع تحسين COP في درجات حرارة التسخين المرتفعة.
للتغلب على هذه العقبة، اقترح الباحثون تكوينًا تجاوزيًا إبداعيًا للتخلص من قيود مطابقة درجة الحرارة، يسمح هذا التكوين الجديد بتجاوز جزء من الطاقة الصوتية، وبالتالي تحقيق مطابقة فعالة للطاقة الصوتية بين وحدة المحرك ووحدة التبريد في درجات حرارة التسخين العالية.
ونتيجة لذلك، يحقق النظام تآزرًا في مجال تدفق الطاقة، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بشكل كبير، ثم قام الباحثون ببناء نموذج أولي لـ HDTR بمقياس كيلووات.
وباستخدام الهيليوم كغاز عامل، حققوا رقمًا قياسيًا قياسيًا في COP التجريبي قدره 1.12 مع قدرة تبريد تبلغ 2.53 كيلووات، عند درجات حرارة التدفئة والبيئة المحيطة والتبريد البالغة 450 درجة مئوية، و35 درجة مئوية، و7 درجات مئوية، على التوالي،COP أعلى بمقدار 2.7 مرة من أفضل نتيجة تم تحقيقها على الإطلاق لـ HDTRs الحالية.
ثلاجات الامتصاص ذات التأثير المزدوج
وفقًا للباحثين، في مجال التبريد بدرجة حرارة الغرفة، فإن تقنية HDTR الجديدة لا تتفوق فقط على ثلاجات الامتزاز وثلاجات الامتصاص أحادية التأثير، ولكنها قابلة للمقارنة مع ثلاجات الامتصاص ذات التأثير المزدوج.
تسلط هذه النتائج الضوء على الوعد الكبير لتقنية HDTR الجديدة في تطبيقات تكييف الهواء التجارية.
بالمقارنة مع الهيليوم، يعتبر النيتروجين مبردًا أكثر وفرة واقتصاديًا وصديقًا للبيئة. ولذلك، اختبر الباحثون أيضًا أداء النظام باستخدام النيتروجين. نتائج COP أفضل من النتائج التي أبلغت عنها TIPC سابقًا. نُشرت الدراسة في مجلة Applied Physics Letters في 8 يناير، وتم نشرها على وجه التحديد بواسطة Scilight .
يدعي الباحثون أن نظام HDTR الجديد يحتوي على COP أعلى بشكل جوهري من ثلاجات الامتصاص بسبب استخدامه الفعال للطاقة الحرارية ذات درجة الحرارة العالية.
يشير تحليلهم العددي إلى قيمة COP محتملة رائعة تبلغ 2 لنظام HDTR المقترح عند درجة حرارة تسخين تزيد عن 800 درجة مئوية.
وذكر الباحثون أنهم سيقومون بإجراء بعض التعديلات على النظام الحالي وزيادة درجة حرارة التسخين لتحسين أداء التبريد للنظام، وبعد إجراء هذا التغيير، يتوقعون تحقيق COP يتجاوز ثلاجات الامتصاص ذات التأثير المزدوج في المستقبل المنظور.
