(Phys.org) – Forskare har byggt ett elektrokaloriskylskåp storleken på en dryckesunderlägg som kan generera en temperaturskillnad på cirka 2 K mellan enhetens varma och kalla ände. Kylmekanismen, som är baserad på den elektrokaloriska effekten, innebär att växelvis applicera och ta bort ett elektriskt fält på ett material för att öka och minska materialets temperatur, respektive. Den nya kylmetoden kan potentiellt uppnå en högre verkningsgrad än nuvarande metoder, vilket indikerar att elektrokaloriska kylanordningar en dag kan ersätta dagens kylskåp och andra kylanordningar.

"Jämfört med traditionella kylningsmetoder, den nya kylmetoden som beskrivs här har högre kyleffektivitet och kyleffekt med en mer kompakt storlek, " medförfattare Qiming Zhang, Erkänd professor i elektroteknik och materialvetenskap vid Pennsylvania State University, berättade Phys.org .

"Med den fortsatta utvecklingen av elektrokaloriska material, elektrokaloriska kylanordningar har potential att ersätta traditionell ångkompressionscykelbaserad kylning, som används flitigt i luftkonditioneringsapparater och kylskåp. Specifikt, den kan användas i vinkylare, datorkylning, lokaliserad klimatkontroll (distribuerade luftkonditioneringsapparater), medicinska tillämpningar, och elfordon."

Zhang och hans medförfattare har publicerat en artikel om det elektrokaloriska kylskåpet i en ny utgåva av Bokstäver i tillämpad fysik .

Även om det har funnits andra elektrokaloriska kylanordningar, dessa enheter använder vanligtvis aktiva regeneratorer som värmeöverföringsmaterial, och aktiva regeneratorer upplever värmeförluster på grund av de cykliska temperaturförändringar de måste utstå. Den elektrokaloriska enheten som visas här använder inte aktiva regeneratorer, som erbjuder möjligheten att uppnå en högre kyleffektivitet och kyleffekt.

Den nya enheten innehåller flera keramiska ringar, var och en bestående av ett dussin myntstora element. Intilliggande ringar roterar i motsatta riktningar med en hastighet av flera varv per minut. När elementen i en ring roterar mot den varma änden, ett elektriskt fält appliceras på elementen, får dem att avge värme. Omvänt, när elementen roterar mot den kalla änden, det elektriska fältet reduceras till noll, får elementen att absorbera värme. Värme utbyts mellan intilliggande ringar som roterar i motsatta riktningar, som ytterligare kyler den kalla änden och värmer den varma änden av enheten.

I tidigare arbeten, några av forskarna i den aktuella studien visade i simuleringar hur enheten fungerar, och den nya studien markerar första gången som de experimentellt har demonstrerat konceptet. Deras prototyp uppvisar en temperaturskillnad på 2 K mellan de varma och kalla ändarna, motsvarande en regenereringsfaktor som är i paritet med den för de bästa liknande kylanordningarna. Eftersom prototypen använder kommersiella keramiska material och endast två elektrokaloriska ringar, forskarna förväntar sig att enhetens prestanda kan förbättras avsevärt med bättre material och ytterligare ringar. Att utveckla keramiska material med stora elektrokaloriska effekter är ett forskningsområde, och forskarna räknar med att vissa av dessa material kan vara idealiska för denna typ av kylanordning.

"I framtiden, vi kommer att fokusera på att utveckla elektrokaloriska material (inklusive polymer och keramik) som kan generera den elektrokaloriska effekten vid mycket låg spänning, ", sa Zhang. "Vi kommer också att arbeta med att skala upp de nuvarande toppmoderna elektrokalorimaterialen till kommersiell skala, som kan användas tillförlitligt med en pålagd spänning på mindre än 200 volt."

© 2017 Phys.org