(Phys.org)—Onderzoekers hebben een elektrocalorische koelkast gebouwd ter grootte van een drankonderzetter die een temperatuurverschil van ongeveer 2 K kan genereren tussen de warme en koude uiteinden van het apparaat. Het koelmechanisme, die is gebaseerd op het elektrocalorische effect, omvat het afwisselend aanbrengen en verwijderen van een elektrisch veld op een materiaal om de temperatuur van het materiaal te verhogen en te verlagen, respectievelijk. De nieuwe koelmethode kan potentieel een hoger rendement opleveren dan de huidige methodes, wat aangeeft dat elektrocalorische koelapparaten op een dag de koelkasten en andere koelapparaten van vandaag kunnen vervangen.

"Vergeleken met traditionele koelmethoden, de hier beschreven nieuwe koelmethode heeft een hoger koelrendement en koelvermogen met een compacter formaat, " co-auteur Qiming Zhang, Distinguished Professor of Electrical Engineering and Materials Science aan de Pennsylvania State University, vertelde Phys.org .

"Met de voortdurende ontwikkeling van elektrocalorische materialen, elektrocalorische koelapparaten hebben het potentieel om traditionele op dampcompressie gebaseerde koeling te vervangen, die veel wordt gebruikt in airconditioners en koelkasten. specifiek, het kan worden gebruikt in wijnkoelers, computerkoeling, gelokaliseerde klimaatregeling (gedistribueerde airconditioners), medische toepassingen, en elektrische voertuigen."

Zhang en zijn co-auteurs hebben een artikel over de elektrocalorische koelkast gepubliceerd in een recent nummer van: Technische Natuurkunde Brieven .

Hoewel er andere elektrocalorische koelapparaten zijn geweest, deze apparaten gebruiken meestal actieve regeneratoren als materialen voor warmteoverdracht, en actieve regeneratoren ervaren warmteverlies als gevolg van de cyclische temperatuurveranderingen die ze moeten doorstaan. Het hier getoonde elektrocalorische apparaat maakt geen gebruik van actieve regeneratoren, die het potentieel biedt om een ​​hoger koelrendement en koelvermogen te bereiken.

Het nieuwe apparaat bevat meerdere keramische ringen, elk bestaande uit ongeveer een dozijn elementen ter grootte van een muntstuk. Aangrenzende ringen draaien in tegengestelde richtingen met een snelheid van enkele omwentelingen per minuut. Wanneer de elementen van een ring naar het hete uiteinde draaien, een elektrisch veld wordt toegepast op de elementen, waardoor ze warmte afgeven. Omgekeerd, wanneer de elementen naar het koude einde draaien, het elektrische veld wordt tot nul gereduceerd, waardoor de elementen warmte opnemen. Warmte wordt uitgewisseld tussen aangrenzende ringen die in tegengestelde richting draaien, die het koude uiteinde verder afkoelt en het hete uiteinde van het apparaat verwarmt.

In eerder werk, enkele van de onderzoekers van de huidige studie lieten in simulaties zien hoe het apparaat werkt, en de nieuwe studie markeert de eerste keer dat ze het concept experimenteel hebben aangetoond. Hun prototype vertoont een temperatuurverschil van 2 K tussen de warme en koude uiteinden, overeenkomend met een regeneratiefactor die vergelijkbaar is met die van de beste vergelijkbare koelapparaten. Aangezien het prototype commerciële keramische materialen en slechts twee elektrocalorische ringen gebruikt, de onderzoekers verwachten dat de prestaties van het apparaat aanzienlijk kunnen worden verbeterd met betere materialen en extra ringen. Het ontwikkelen van keramische materialen met grote elektrocalorische effecten is een actief onderzoeksgebied, en de onderzoekers verwachten dat sommige van deze materialen bij uitstek geschikt zijn voor dit type koelapparaat.

"In de toekomst, we zullen ons concentreren op het ontwikkelen van elektrocalorische materialen (inclusief polymeer en keramiek) die het elektrocalorische effect kunnen genereren bij zeer lage spanning, " Zhang zei. "We zullen ook werken aan het opschalen van de huidige ultramoderne elektrocalorische materialen naar de commerciële schaal, die betrouwbaar kan worden gebruikt met een aangelegde spanning van minder dan 200 volt."

© 2017 Fys.org