پژوهشگران موفق به ساخت یک سیستم خنککننده بدون موتور یا کمپرسور الکتریکی شدهاند که میتواند از گرما برای تولید حرکت مکانیکی و در ادامه ایجاد سرمایش استفاده کند. این فناوری در آینده میتواند راهی برای استفاده مجدد از گرمای تلفشده پردازندهها و حتی خنکسازی مراکز داده با مصرف انرژی کمتر باشد.
این سیستم توسط پژوهشگران مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) و دانشگاه تسوکوبا توسعه یافته است. ایده اصلی این فناوری، جایگزین کردن عملگرهای الکتریکی مورد استفاده در خنککنندههای الاستوکالریک با یک آلیاژ حافظهدار است که در واکنش به گرما حرکت میکند.
خنککنندهای متشکل از دو فیلم فلزی بسیار نازک
نمونه اولیه این سیستم از دو لایه بسیار نازک فلزی ساخته شده است که یکی نقش عملگر حرارتی و دیگری نقش ماده مبرد را بر عهده دارد. لایه نخست از فیلم آلیاژی تیتانیوم-نیکل (TiNi) با ضخامت تنها 22 میکرومتر ساخته شده است. این آلیاژ حافظهدار هنگام گرم شدن منقبض میشود و انرژی حرارتی را به حرکت مکانیکی تبدیل میکند.
در مقابل، فیلم دوم از آلیاژ تیتانیوم-نیکل-آهن (TiNiFe) با ضخامت 26.5 میکرومتر ساخته شده و نقش مبرد را دارد. حرکت فیلم اول باعث کشیده شدن و رها شدن مکرر این لایه میشود. همین فرآیند تغییر فاز برگشتپذیر آلیاژ را فعال کرده و باعث ایجاد سرمایش میشود.
چگونه گرما به سرمایش تبدیل میشود؟
بر اساس گزارش tomshardware فناوری مورد استفاده در این پروژه خنکسازی Elastocaloric Cooling نام دارد. در این روش، آلیاژهای حافظهدار هنگام اعمال و برداشتن تنش مکانیکی، ساختار بلوری خود را تغییر میدهند.
در نمونه ساختهشده، با گرم شدن فیلم TiNi، این لایه منقبض میشود و فیلم TiNiFe را تحت کشش قرار میدهد. پس از برداشتن گرما، فیلم TiNi به حالت اولیه خود بازمیگردد و فیلم مبرد را آزاد میکند. این تغییر وضعیت باعث میشود TiNiFe گرما را جذب کرده و سرد شود.
به این ترتیب، برخلاف سیستمهای معمول که برای ایجاد حرکت مکانیکی به موتور، پمپ هیدرولیک یا عملگر الکترومکانیکی نیاز دارند، در اینجا یک آلیاژ حافظهدار وظیفه به حرکت درآوردن آلیاژ دیگر را بر عهده میگیرد.
پژوهشگران در آزمایشهای آزمایشگاهی، فیلم عملگر را تا دمای 86 درجه سانتیگراد گرم کردند. در این شرایط، اختلاف دمای ایجادشده در فیلم مبرد به 12.9 کلوین رسید. البته اختلاف دمای اندازهگیریشده در کل سامانه کمتر و حدود 4 کلوین بود.
نمونه اولیه پس از 20 چرخه به این اختلاف دمای پایدار رسید و توان سرمایشی ویژه آن 4.43 وات بر گرم اندازهگیری شد. مهمتر از همه اینکه پژوهشگران توانستند بهجای گرمایش الکتریکی، از یک منبع حرارتی خارجی با دمای 130 درجه سانتیگراد استفاده کنند.
حتی در این حالت نیز سیستم توانست اختلاف دمای 2.2 کلوین را در سطح کل دستگاه ایجاد کند و توان سرمایشی ویژه به 3.32 وات بر گرم رسید. همین آزمایش نشان میدهد که از نظر مفهومی میتوان به جای مصرف برق برای راهاندازی چرخه سرمایش، از گرمای موجود در محیط یا گرمای تلفشده استفاده کرد.
سیستمهای سرمایشی امروزی عمدتاً از چرخه تراکم بخار استفاده میکنند. در این فناوری، کمپرسور با مصرف برق فشار و دمای مبرد را افزایش میدهد و پس از دفع گرما در کندانسور، مبرد با کاهش فشار منبسط میشود تا بتواند گرمای محیط را جذب کند.
خنککنندههای حالتجامد چنین چرخهای ندارند. با این حال پژوهشگران میگویند خنککنندههای ترموالکتریک معمولاً تنها به 10 تا 15 درصد بازده حد نظری میرسند که تقریباً یکچهارم بازده سیستمهای مدرن تراکم بخار است.
با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز فاصله زیادی با استفاده عملی در پردازندهها و مراکز داده دارد. نمونه آزمایشگاهی فعلی در شرایط بدون افزایش دما تنها 2.09 میلیوات توان سرمایشی تولید میکند. این میزان حتی برای خنکسازی یک پردازنده مدرن نیز بسیار ناچیز است.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت