Các nhà nghiên cứu phát triển tủ lạnh nhiệt âm điều khiển nhiệt hiệu quả cao
bởi Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc
Tủ lạnh nhiệt âm điều khiển bằng nhiệt mới được phát triển và hiệu suất của nó. Nguồn: TIPC
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một tủ lạnh nhiệt âm điều khiển bằng nhiệt (HDTR) cải tiến với cấu hình rẽ nhánh mới giúp cải thiện đáng kể hiệu quả của công nghệ này.
Nghiên cứu do Giáo sư Luo Ercang dẫn đầu từ Viện Kỹ thuật Vật lý và Hóa học (TIPC) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và các cộng tác viên của họ, đã được xuất bản trên Cell Reports Physical Science.
HDTR được công nhận là công nghệ làm mát mới đầy hứa hẹn với nhiều ưu điểm. Ví dụ, nó không có bộ phận chuyển động, sử dụng các chất thân thiện với môi trường (ví dụ: heli và nitơ) và có độ tin cậy cao. Tuy nhiên, hiệu quả tương đối thấp đã cản trở ứng dụng thương mại của nó.
Hiệu suất của HDTR có thể được ước tính bằng hệ số hiệu suất (COP), tức là tỷ lệ giữa công suất làm mát đầu ra và công suất sưởi đầu vào. Đối với các HDTR ghép trực tiếp tiên tiến hiện có, các nhà nghiên cứu nhận thấy COP giảm bất ngờ khi nhiệt độ gia nhiệt tăng. Hơn nữa, họ còn phát hiện ra lý do: có một hạn chế về nhiệt độ phù hợp trong các hệ thống này ngăn cản sự cải thiện COP ở nhiệt độ gia nhiệt cao.
Để vượt qua trở ngại này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một cấu hình bỏ qua sáng tạo để loại bỏ hạn chế phù hợp với nhiệt độ. Cấu hình mới này cho phép bỏ qua một phần công suất âm thanh, nhờ đó thực hiện việc kết hợp công suất âm thanh hiệu quả giữa bộ phận động cơ và bộ phận làm mát ở nhiệt độ gia nhiệt cao.
Kết quả là hệ thống đạt được sức mạnh tổng hợp của trường dòng năng lượng, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã chế tạo một nguyên mẫu HDTR có quy mô kilowatt. Sử dụng khí heli làm khí hoạt động, họ đã đạt được COP thực nghiệm cao kỷ lục là 1,12 với công suất làm mát là 2,53 kW ở nhiệt độ sưởi ấm, nhiệt độ môi trường xung quanh và làm mát lần lượt là 450°C, 35°C và 7°C. COP này cao hơn 2,7 lần so với kết quả tốt nhất từng đạt được đối với HDTR hiện tại.
Theo các nhà nghiên cứu, trong lĩnh vực làm lạnh bằng nhiệt độ phòng, công nghệ HDTR mới của họ không chỉ vượt trội hơn so với tủ lạnh hấp phụ và tủ lạnh hấp thụ hiệu ứng đơn mà còn có thể so sánh với tủ lạnh hấp thụ hiệu ứng kép. Những kết quả này nêu bật triển vọng to lớn của công nghệ HDTR mới này trong các ứng dụng điều hòa không khí thương mại.
So với helium, nitơ là chất làm lạnh dồi dào hơn, tiết kiệm hơn và thân thiện với môi trường. Do đó, các nhà nghiên cứu cũng đã thử nghiệm hiệu suất của hệ thống bằng cách sử dụng nitơ. Kết quả COP tốt hơn so với báo cáo trước đây của TIPC. Nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Thư Vật lý Ứng dụng vào ngày 8 tháng 1 và được báo cáo cụ thể bởi Scilight.
Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng hệ thống HDTR mới về bản chất có COP cao hơn so với tủ lạnh hấp thụ do sử dụng hiệu quả năng lượng nhiệt ở nhiệt độ cao. Phân tích bằng số của họ cho thấy giá trị COP tiềm năng vượt trội là 2 đối với hệ thống HDTR được đề xuất ở nhiệt độ gia nhiệt trên 800°C.
Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng họ sẽ thực hiện một số sửa đổi đối với hệ thống hiện tại và tăng nhiệt độ sưởi ấm để cải thiện hơn nữa hiệu suất làm mát của hệ thống. Sau khi thực hiện thay đổi đó, họ dự đoán sẽ đạt được COP cao hơn tủ lạnh hấp thụ hiệu ứng kép trong tương lai gần.
