科学者が物を冷蔵するための全く新しいプロセスを発明 : ScienceAlert

Sep 05, 2023

イオノカロリー冷却をご紹介します。 これは温度を下げるための新しい方法であり、既存の冷却方法をより安全で地球に優しいプロセスに置き換える可能性があります。

一般的な冷凍システムは、液体が気体に蒸発する際に熱を吸収する流体を介して空間から熱を運び、その気体は密閉管を通って輸送され、凝縮して液体に戻ります。 このプロセスは効果的ですが、冷媒として使用される厳選された材料の中には、特に環境に優しくないものもあります。

ただし、物質に熱エネルギーを強制的に吸収および放出させる方法は複数あります。

米国のローレンス・バークレー国立研究所とカリフォルニア大学バークレー校の研究者らが開発した手法は、例えば固体の氷が液体の水に変化するときなど、材料の相が変化するときにエネルギーが貯蔵または放出される仕組みを利用している。 。

氷の塊の温度を上げると溶けます。 融解物が周囲から熱を吸収し、効果的に冷却するということは、私たちにはあまり容易には分からないかもしれません。

熱を上げずに氷を強制的に溶かす 1 つの方法は、いくつかの荷電粒子またはイオンを追加することです。 氷の形成を防ぐために道路に塩を撒くのは、これが実際に行われている一般的な例です。 イオン熱量サイクルでは、塩を使用して流体の相を変化させ、周囲を冷却します。

カリフォルニア州ローレンス・バークレー国立研究所の機械技術者ドリュー・リリー氏は、2023年1月の声明で「冷媒の状況は未解決の問題である」と述べた。 「物を冷たくし、効率的に機能し、安全で、環境に害を及ぼさない代替ソリューションの開発に成功した人は誰もいません。」

「イオン熱量サイクルは、適切に実現されれば、これらすべての目標を達成できる可能性があると考えています。」

研究者らは、イオノ熱量サイクルの理論をモデル化し、それが現在使用されている冷媒の効率とどのように競合するか、さらにはそれを向上させる可能性があるかを示しました。 システムに電流が流れると、システム内のイオンが移動し、材料の融点が変化して温度が変化します。

研究チームはまた、エチレンカーボネートを溶かすためにヨウ素とナトリウムから作られた塩を使用する実験も実施した。 この一般的な有機溶媒はリチウムイオン電池にも使用されており、二酸化炭素を原料として生成されます。 そうなると、システムのGWP（地球温暖化係数）がゼロになるだけでなく、GWPがマイナスになる可能性がある。

この実験では、1 ボルト未満の充電を適用することで摂氏 25 度 (華氏 45 度) の温度変化が測定されました。この結果は、これまでに他の熱量技術が達成できたものを超えています。

ローレンス・バークレー国立研究所の機械エンジニア、ラビ・プラッシャー氏は、「私たちがバランスを取ろうとしているのは、冷媒のGWP、エネルギー効率、装置自体のコストの3つだ」と語った。

「最初の試行から、私たちのデータはこれら 3 つの側面すべてにおいて非常に有望に見えます。」

現在冷凍プロセスで使用されている蒸気圧縮システムは、さまざまなハイドロフルオロカーボン (HFC) などの高い GWP を持つガスに依存しています。 キガリ改正に署名した国々は、今後 25 年間で HFC の生産と消費を少なくとも 80% 削減することを約束しており、イオン熱量冷却がその中で大きな役割を果たす可能性があります。

現在、研究者らはこのテクノロジーを研究室から取り出し、商業的に使用でき、問題なくスケールアップできる実用的なシステムに導入する必要があります。 最終的には、これらのシステムは冷房だけでなく暖房にも使用できるようになるでしょう。

「私たちはさまざまな分野の要素を結びつける、まったく新しい熱力学サイクルとフレームワークを持っており、それが機能することを示しました」とプラッシャー氏は述べた。

「今度は、工学上の課題に対処するために、材料と技術のさまざまな組み合わせをテストする実験の時期です。」

この研究は『Science』誌に掲載されました。

この記事のバージョンは 2023 年 1 月に初めて公開されました。