@ 2017.07.14 , 17:00

电热冰箱:另一种更高效的制冷方式

研究者建造了一种杯垫大小的电热冰箱,能在设备的热端和冷端产生2开尔文的温差。其冷却机制是基于电热效应,涉及对材料轮流施加或者移除电场,以分别提高或者降低材料温度。这一新型冷却方法具有达到相比当前方法更高效率的潜力,某天可能会取代目前的冰箱和其他冷却设备。

共同作者宾夕法尼亚州立大学电子工程和材料科学杰出教授Qiming Zhang说道:“与传统冷却方法相比,新的冷却方法具有更高的冷却效率和冷却能力,并且尺寸更小。”

“随着电热材料的持续发展,电热冷却设备也具有取代传统基于蒸发-压缩循环的冷却方法的潜力。具体的,这可被用于冰酒器、计算机冷却、局域气候控制、医疗应用以及电动汽车等。”

电热冰箱:另一种更高效的制冷方式
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该成果已发表在应用物理快报上。

虽然目前还有其他电热制冷设备,但这些设备通常将活性蓄热室用作热传递材料,但由于活性蓄热室必须经受循环温度改变,因此会存在热损耗。该研究中的电热设备却并不使用活性蓄热室,这就使得更高的制冷效率和制冷能力成为可能。

新设备包含多个陶瓷环,每一个都由约12个硬币大小的基本结构组成。相邻的环以每分钟几转的速度反向旋转。当一个环的基本结构向热端旋转,电场就会施加于基本结构上,致其排出热量。相反的,当基本结构向冷端旋转,电场就减为0,导致基本结构吸热。相邻反向旋转的环交换热量,进一步冷却冷端和加热热端。

在先前的工作中,这一研究中的某些研究者模拟演示了设备的工作方式,最新研究就是这一概念的首次实验证明。这一原型机的冷端和热端具有2开尔文的温差,媲美最好的类似制冷设备的再生因子。由于这一原型机只利用了商用陶瓷材料和两个电热环,因此研究者认为利用更好的材料和更多的环能显著提升设备的性能。研发具有大电热效应的陶瓷材料是一个研究热点,研究者希望这些材料中的某些可以理想地适用于这种类型的制冷设备。

“未来我们将着重于研发能在非常低的电压下产生电热效应电热材料(包括聚合物和陶瓷)。我们还会尝试比例放大目前最新的电热材料到工业规模,能在小于200伏的外加电压下可靠使用。”

论文原文:DOI: 10.1063/1.4986508

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Lisa Zyga


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