(Phys.org)—I ricercatori hanno costruito un frigorifero elettrocalorico delle dimensioni di un sottobicchiere in grado di generare una differenza di temperatura di circa 2 K tra le estremità calde e fredde del dispositivo. Il meccanismo di raffreddamento, che si basa sull'effetto elettrocalorico, comporta l'applicazione e la rimozione alternativa di un campo elettrico a un materiale per aumentare e diminuire la temperatura del materiale, rispettivamente. Il nuovo metodo di raffreddamento può potenzialmente raggiungere un'efficienza maggiore rispetto ai metodi attuali, indicando che i dispositivi di raffreddamento elettrocalorici potrebbero un giorno sostituire i frigoriferi e altri dispositivi di raffreddamento di oggi.

"Rispetto ai metodi di raffreddamento tradizionali, il nuovo metodo di raffreddamento qui descritto ha una maggiore efficienza di raffreddamento e potenza di raffreddamento con dimensioni più compatte, " coautore Qiming Zhang, Distinguished Professor di Ingegneria Elettrica e Scienza dei Materiali presso la Pennsylvania State University, detto Phys.org .

"Con il continuo sviluppo dei materiali elettrocalorici, i dispositivi di raffreddamento elettrocalorici hanno il potenziale per sostituire il raffreddamento tradizionale basato sul ciclo di compressione del vapore, che è ampiamente usato in condizionatori d'aria e frigoriferi. Nello specifico, può essere utilizzato in refrigeratori per vino, raffreddamento del computer, climatizzazione localizzata (condizionatori d'aria distribuiti), applicazioni mediche, e veicoli elettrici".

Zhang e i suoi coautori hanno pubblicato un articolo sul frigorifero elettrocalorico in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

Sebbene ci siano stati altri dispositivi di raffreddamento elettrocalorici, questi dispositivi utilizzano tipicamente rigeneratori attivi come materiali di scambio termico, e i rigeneratori attivi subiscono perdite di calore a causa delle variazioni di temperatura cicliche che devono sopportare. Il dispositivo elettrocalorico qui illustrato non utilizza rigeneratori attivi, che offre il potenziale per ottenere una maggiore efficienza di raffreddamento e potenza di raffreddamento.

Il nuovo dispositivo contiene più anelli in ceramica, ciascuno composto da una dozzina di elementi delle dimensioni di una moneta. Gli anelli adiacenti ruotano in direzioni opposte a una velocità di diversi giri al minuto. Quando gli elementi di un anello ruotano verso l'hot end, un campo elettrico viene applicato agli elementi, facendoli espellere calore. Al contrario, quando gli elementi ruotano verso l'estremità fredda, il campo elettrico è ridotto a zero, facendo sì che gli elementi assorbano calore. Il calore viene scambiato tra anelli adiacenti che ruotano in direzioni opposte, che raffredda ulteriormente l'estremità fredda e riscalda l'estremità calda del dispositivo.

Nei lavori precedenti, alcuni dei ricercatori dell'attuale studio hanno mostrato in simulazioni come funziona il dispositivo, e il nuovo studio segna la prima volta che hanno dimostrato sperimentalmente il concetto. Il loro prototipo mostra una differenza di temperatura di 2 K tra le estremità calde e fredde, corrispondente ad un fattore di rigenerazione pari a quello dei migliori dispositivi di raffreddamento simili. Poiché il prototipo utilizza materiali ceramici commerciali e solo due anelli elettrocalorici, i ricercatori si aspettano che le prestazioni del dispositivo possano essere notevolmente migliorate con materiali migliori e anelli aggiuntivi. Lo sviluppo di materiali ceramici con grandi effetti elettrocalorici è un'area di attività di ricerca, e i ricercatori prevedono che alcuni di questi materiali potrebbero essere ideali per questo tipo di dispositivo di raffreddamento.

"Nel futuro, ci concentreremo sullo sviluppo di materiali elettrocalorici (compresi polimeri e ceramiche) in grado di generare l'effetto elettrocalorico a bassissima tensione, " Ha detto Zhang. "Lavoreremo anche per portare su scala commerciale gli attuali materiali elettrocalorici all'avanguardia, che può essere utilizzato in modo affidabile con una tensione applicata inferiore a 200 volt."

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