Традиционные холодильные установки работают, транспортируя тепло из одной области пространства в другую при помощи циркулирующего хладагента, одного из вида фреона, как правило. А использование фазовых переходов хладагента из жидкого состояния в газообразное, и наоборот, делает такой процесс весьма и весьма эффективным. Но в этом деле имеется одна проблема, практически все виды используемых хладагентов содержат фтор и поэтому достаточно токсичны, они наносят значительный ущерб, попадая в окружающую среду во время неизбежных утечек при эксплуатации холодильных установок.
Однако, на свете существует еще множество способов, которыми можно заставить какое-нибудь вещество поглотить или отдать тепловую энергию. И один из таких способов были изобретен недавно исследователями из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета. В этом способе также используются фазовые переходы, но в данном случае несколько другие, когда твердый лед превращается в жидкую воду, поглощая тепло из окружающей среды.
Начните нагревать кусок льда, и он начнет таять, охлаждая окружающую среду. Но есть способ заставить лед таять без дополнительного нагрева, для этого требуется ввести в него некоторое количество заряженных части, ионов. Такой подход широко используется для предотвращения обледенения, когда дороги посыпаются для этого солью. И новый ионно-калорийный метод охлаждения также использует соли для изменения фазового состояния хладагента.
Сперва исследователи создали математическую модель ионно-калорийного цикла, расчеты которой показали, что новый способ охлаждения способен не только конкурировать с существующими способами, но и превзойти их по эффективности.
В качестве хладагента в новом методе используется карбонат этилена, распространенный органический растворитель, используемый в литий-ионных аккумуляторных батареях, к примеру. В качестве соли использовалась одна из солей, содержащих йод и натрий, а управление фазовым переходом хладагента производилось при помощи электрического тока, заставлявшего двигаться ионы.
Во время экспериментов ученым удалось получить тепловой градиент в 25 градусов Цельсия, при этом, прикладываемый к хладагенту электрический потенциал, заставлявший таять твердый хладагент, составлял всего 1 Вольт.
“С учетом того, что это была лишь самая первая попытка, полученные нами результаты выглядят очень и очень перспективными” – пишут исследователи, – “И, вполне возможно, что наш ионно-калорийный способ охлаждения станет именно тем, что позволит сократить за следующие 25 лет производство гидрофторуглеродных хладагентов на 80 процентов”.
Следующим шагом станет приведение разработанного способа охлаждения к виду, необходимому для создания на его основе реальных холодильных установок. “Сейчас мы начнем экспериментировать и проверять различные комбинации используемых материалов, что позволит нам решить ряд технических проблем” – пишут исследователи, – “И, вполне возможно, что нам удастся найти путь использования подобных принципов не только для охлаждения, но и для обогрева”.
