새로운 엘라스토칼로리 냉각 시스템은 상업적 사용 가능성을 보여줍니다.

미국과 중국 연구진이 금속 튜브 묶음에서 장력이 풀릴 때 열을 흡수하는 탄력성 칼로리 냉각 시스템을 개발했습니다. 메릴랜드 대학의 다케우치 이치로(Ichiro Takeuchi)가 주도한 이 팀의 계획은 다른 칼로리 물질과 동등한 냉각 성능을 달성했으며 머지 않은 미래에 상업적인 용도로 사용될 수 있는 길을 열었습니다.

기존의 냉동 시스템은 일반적으로 대기로 방출될 경우 강력한 온실 효과를 나타내는 가스를 사용합니다. 결과적으로 연구자들은 칼로리 물질을 기반으로 한 대체 고체 냉동 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 재료는 외부 자기장이나 전기장에 노출되거나 기계적 응력이나 압력에 반응하여 온도 변화를 겪습니다. 유해한 화학물질을 피할 뿐만 아니라 칼로리 물질을 기반으로 한 냉각 시스템은 기존 냉장고보다 에너지 효율이 더 높을 수 있습니다.

지금까지 이 연구는 주로 자기열량 재료에 중점을 두었지만 최근에는 탄력성 열량 재료가 상업용 칼로리 냉각을 위한 훨씬 더 유망한 후보로 떠올랐습니다. 이러한 재료 중에는 탄성이 뛰어나고 쉽게 제조할 수 있는 니켈 티타늄(NiTi) 합금이 있습니다.

Takeuchi 팀이 10년 전에 처음으로 보여준 것처럼, 이 합금의 얇은 와이어는 장력이 가해질 때 많은 양의 열을 방출하고 장력이 풀릴 때 이를 흡수할 수 있습니다. Takeuchi는 "약 12년 전에 NiTi가 손으로 느낄 수 있는 넓은 범위의 온도를 실험적으로 표시할 수 있다는 사실을 발견했습니다."라고 회상합니다. “당시 우리는 쉽게 사용할 수 있는 NiTi 와이어에 장력을 추가하여 이를 시연했습니다. 이것이 우리가 탄력 칼로리 장치를 만들기 시작한 방법입니다.”

그런 다음 연구원들은 상업적으로 유용한 냉각 응용 프로그램을 개발하기 시작했습니다. 그러나 대규모로 탄력성 칼로리 냉각을 구현하는 것은 상당한 기술적 과제로 판명되었습니다. 주요 문제는 반복되는 인장 및 해제 주기로 인해 NiTi 와이어가 손상되어 실제 수명이 제한된다는 것입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Takeuchi 팀은 NiTi 튜브 묶음을 통해 물을 펌핑하는 새로운 열 교환 시스템을 개발했습니다. “다양한 엔지니어링 과제를 극복하는 데 오랜 시간이 걸렸지만, 최근 시연을 통해 우리는 10년 전에 상상했던 것을 보여줄 수 있었습니다. 우리는 물을 열 교환 유체로 사용하고 있습니다. 즉, 물을 더 차갑게 만들어 냉장고나 에어컨에 사용할 수 있습니다.”라고 Takeuchi는 설명합니다.

팀은 접근 방식의 성공 여부를 측정하기 위해 두 가지 수량을 사용했습니다. 첫 번째는 열 제거 속도를 나타내는 "공급된 냉각 전력"입니다. 두 번째는 시스템의 각 끝에서 물 사이의 온도 차이를 설명하는 "온도 범위"입니다. Takeuchi는 "이 두 가지 중요한 수치에 대해 각각 260W와 22.5K를 달성할 수 있었습니다."라고 말합니다. 연구원들은 열 교환 시스템에서 밸브의 작동 순서를 조정함으로써 이러한 각 값을 차례로 최대화했습니다.

이러한 최신 결과는 탄성열량 물질이 어떻게 자기열량 물질의 냉각 성능을 따라잡았는지 보여주는 예이며 곧 상업용 냉각 시스템의 실현 가능한 후보가 될 수 있습니다.

고체 냉각은 전기장 유도 변형을 통해 달성됩니다.

그러나 Takeuchi는 탄성칼로리 물질의 실제적인 사용이 아직까지는 다소 거리가 멀 수 있다는 점을 인정합니다. 왜냐하면 더 진보된 물질이 먼저 개발되어야 할 가능성이 있기 때문입니다. "NiTi에 필요한 높은 응력은 여전히 ​​문제이지만, 훨씬 더 작은 응력으로 탄력성 칼로리 효과를 나타내는 것으로 알려진 다른 초탄성 재료와 같은 재료가 곧 등장할 것입니다."라고 그는 말합니다.

"이러한 재료는 덜 개발되어 아직 상업적으로 이용 가능하지 않습니다. 그러나 우리는 이러한 재료를 추가로 개발하고 저응력 냉각 시스템에 구현하는 것이 정말 흥미로운 전망이라고 믿습니다." Takeuchi 팀은 이미 소형의 탄력성 칼로리 와인 쿨러에 대한 계획을 세웠으며 이러한 재료가 사용 가능해지면 성공적인 프로토타입을 시연할 수 있기를 희망합니다.