مهندسون يطورون جهاز تبريد صديق للبيئة بكفاءة قياسية

نجح باحثون في كلية الهندسة بجامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا في تطوير جهاز تبريد صديق للبيئة يتمتع بأداء تبريد قياسي، مما يمهد الطريق لتحويل الصناعات المعتمدة على التبريد وتقليل استخدام الطاقة العالمية.

بفضل زيادة الكفاءة بنسبة تزيد عن 48%، تفتح تقنية التبريد المرنة الحرارية الجديدة طريقًا واعدًا لتسريع تسويق هذه التقنية المبتكرة ومعالجة التحديات البيئية المرتبطة بأنظمة التبريد التقليدية.

تعتمد تقنية التبريد بالضغط البخاري التقليدي على مبردات ذات قدرة عالية على التسبب في ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي.

بديلاً صديقًا للبيئة

يوفر التبريد المرن الحراري الصلب القائم على الحرارة الكامنة في التحول الطوري الدوري لسبائك الذاكرة الشكلية (SMAs) بديلاً صديقًا للبيئة، بخصائصه المتمثلة في مبردات SMA الخالية من الغازات المسببة للاحتباس الحراري وقابلة لإعادة التدوير بنسبة 100% وكفاءة الطاقة.

ولكن الارتفاع الصغير نسبيا في درجة الحرارة بين 20 و50 كلفن، والذي يعد مؤشرا حاسما لأداء قدرة جهاز التبريد على نقل الحرارة من مصدر منخفض الحرارة إلى حوض مرتفع الحرارة، أعاق تسويق هذه التكنولوجيا الناشئة.

للتغلب على هذا التحدي، قام فريق البحث بقيادة البروفيسور صن تشينج بينج، والبروفيسور ياو شوهواي، من قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية بتطوير جهاز تبريد مرن حراري متتالي متعدد المواد مصنوع من سبائك الذاكرة على شكل النيكل والتيتانيوم (NiTi) وحطم الرقم القياسي العالمي لأدائه في التبريد.

لقد اختاروا ثلاثة سبائك NiTi بدرجات حرارة مختلفة لانتقال الطور للعمل في الطرف البارد والطرف المتوسط والطرف الساخن على التوالي.

تحسين كفاءة التبريد

ومن خلال مطابقة درجات حرارة التشغيل لكل وحدة مع درجات حرارة انتقال الطور المقابلة، تم توسيع نافذة درجة الحرارة الفائقة المرونة للجهاز الإجمالي إلى أكثر من 100 كلفن، وعملت كل وحدة NiTi ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل لها، مما أدى إلى تحسين كفاءة التبريد بشكل كبير.

تمكن جهاز التبريد المتتالي المرن متعدد المواد من رفع درجة حرارة قدرها 75 كلفن على جانب الماء، متجاوزًا الرقم القياسي العالمي السابق البالغ 50.6 كلفن.

وقد نُشر إنجازهم البحثي الرائد، بعنوان ” جهاز تبريد متتالي متعدد المواد مرن حراري لرفع درجة الحرارة الكبيرة “، في مجلة Nature Energy .

وبناءً على النجاح الذي حققه الفريق البحثي في تطوير مواد وهياكل تبريد مرنة حرارية مع العديد من براءات الاختراع والأوراق البحثية المنشورة في المجلات الرائدة، فإنه يخطط لمواصلة تطوير سبائك وأجهزة ذاكرة الشكل عالية الأداء لتطبيقات التبريد المرنة الحرارية تحت الصفر وضخ الحرارة في درجات حرارة عالية.

تسويق هذه التكنولوجيا المبتكرة

وسوف يستمر الفريق في تحسين خصائص المواد وتطوير أنظمة التبريد عالية الكفاءة في استخدام الطاقة لدفع تسويق هذه التكنولوجيا المبتكرة.

تمثل عمليات تبريد وتدفئة الفضاء ما يصل إلى 20% من إجمالي استهلاك الكهرباء في العالم، ووفقًا لتقديرات الصناعة، من المتوقع أن تصبح ثاني أكبر مصدر للطلب العالمي على الكهرباء بحلول عام 2050.

وقال البروفيسور صن: “في المستقبل، مع التقدم المستمر في علم المواد والهندسة الميكانيكية، نحن على ثقة من أن التبريد المرن الحراري يمكن أن يوفر الجيل القادم من حلول التبريد والتدفئة الخضراء الموفرة للطاقة لتغذية سوق التبريد العالمي الضخم، ومعالجة المهمة العاجلة المتمثلة في إزالة الكربون والتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي”.