Harvard Üniversitesi bilim adamları, katı barokalorik soğutucu kullanarak türünün ilk örneği olduğu iddia edilen bir prototip soğutma sistemi inşa ettiler.
Barokalorik malzemeler, ısı döngülerinden geçmek için basınç değişikliklerini kullanan geleneksel gaz-sıvı soğutma sistemlerine benzer şekilde çalışır. Ancak bu sistemde basınç, katıdan katıya faz değişikliğine neden olur. Bu durum, malzemenin katı kaldığı, ancak iç moleküler yapının değiştiği anlamına gelir. Barokalorik katı malzemelerin temel yapısal özelliği, tipik olarak gevşek ve düzensiz olan uzun, esnek moleküler zincirler içermeleridir. Ancak basınç altında zincirler daha düzenli ve katı hale gelir – bu da, ısıyı serbest bırakan bir değişikliktir.
Harvard Üniversitesi’nde Baş Araştırmacı olarak görev alan Jarad Mason, düzenli bir yapıdan gevşek bir yapıya geçiş sürecini “eriyen mum gibi ama sıvı hale gelmeden” olarak tanımlıyor. Basınç serbest bırakıldığında, malzeme ısıyı geri emerek döngüyü tamamlar.
Barokalorik sistemlerin dezavantajı, malzemelerin çoğunun ısı döngülerini gerçekleştirebilmek için büyük basınçlar gerektirmesidir. Bu basınçları üretmek için sistemler, soğutma uygulamaları için pratik olmayan pahalı ve özel ekipmanlar gerektirir.
Prototip
Harvard Üniversitesi, ucuz ve toksik olmayan organik malzemelerin kullanımını araştıran birkaç ekipten birisidir. Mason ve ekibi kısa süre önce çok daha düşük basınçlarda soğutucu olarak hareket edebilen barokalorik malzemeler tespit etti. Sıfırdan inşa ettikleri bir soğutma sisteminin – metal halid perovskite – soğutucu ile çalışabileceğini de gösterdiler.
Harvard’da kimyager ve malzeme bilimcisi olan Adam Slavney, “Bulduğumuz malzemeler, tipik bir hidrolik sistemin çalışabileceği basınç olan yaklaşık 3.000 psi’de çalışabiliyor” dedi.
Ekip bu yeni malzemelerin pratik bir soğutma sisteminde kullanılabileceğini ispatlayan bir prototip de oluşturdu. Cihazın üç ana parçası var. Bunlardan ilki, katı soğutucu ve su veya yağ gibi inert bir sıvı ile dolu metal bir borudur. Cihazın bir diğer parçası da sıvıya basınç uygulayan hidrolik pistondur. Son olarak, inert sıvı bu basıncın soğutucuya aktarılmasına ve sistemde ısının taşınmasına yardımcı olur.
Ekip, çeşitli mühendislik problemlerini çözdükten sonra, barokalorik malzemelerin işlevsel bir soğutucu olarak çalıştığını ve basınç değişikliklerinin tam bir sıcaklık değiştirme döngüsüne dönüştüğünü gösterdi. Mason, “Sistemimiz hala ticari soğutma sistemleri kadar düşük basınç kullanmıyor, ancak daha da yaklaşıyoruz” diyor. Ekibe göre, bu sistem, basınç değişikliği yöntemi ile katı soğutucu kullanan ve çalışan ilk soğutma sistemidir.
Ekip, yaptıkları cihazla daha düşük basınçlarda çalışan ve ısıyı daha iyi ileten diğer barokalorik malzemeleri de test etmeyi planlıyor. Slavney, “Bu makineyi daha iyi malzemeler bulmamıza yardımcı olacak bir test cihazı olarak kullanmayı planlıyoruz” diyor. Araştırmacılar, uygun bir malzeme ile katı hal soğutucularının mevcut klima ve diğer soğutma teknolojilerinin yerini alabileceğine inanıyor.
