Isının soğutma amacıyla kullanılması ilk bakışta mümkün görünmese de Almanya'daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (KIT) ve Japonya'daki Tsukuba Üniversitesi'nden araştırmacılar, bu fikri deneysel bir sistemle gerçeğe dönüştürdü. Geliştirilen teknoloji, atık ısıyı önce mekanik harekete, ardından soğutmaya dönüştürüyor. Sistem bunu yaparken elektrik motoruna veya geleneksel soğutucu gazlara ihtiyaç duymuyor.
Soğutucu gazların yerini özel alaşımlar alıyor
Sistem, "elastokalorik soğutma" olarak adlandırılan bir yöntem kullanıyor. Geleneksel klima ve buzdolaplarında elektrikli kompresörler ile soğutucu akışkanlar kullanılırken, elastokalorik sistemlerde özel metal alaşımlarının sıcaklık ve yapı değişimlerinden yararlanılıyor.
Araştırmacılar bu amaçla şekil hafızalı titanyum-nikel alaşımları kullandı. Bu malzemeler gerildiğinde veya sıkıştırıldığında iç yapıları değişiyor. Mekanik yük ortadan kalktığında ise eski yapılarına dönerken çevrelerinden ısı çekiyor ve böylece soğuma meydana geliyor.
Elektrik yerine atık ısı kullanılıyor
Bu yöntemin sürekli çalışabilmesi için metalin tekrar tekrar gerilip serbest bırakılması gerekiyor. Mevcut sistemlerde bu hareketi sağlamak için elektrik motorları kullanılabiliyor. Yeni araştırmada ise elektrik yerine doğrudan ısıdan yararlanılıyor.
Sistemde iki farklı titanyum-nikel tabanlı alaşım birlikte çalışıyor. İlk alaşım ısındığında hareket ederek ikinci alaşımı geriyor. İkinci alaşım üzerindeki mekanik yük kalktığında çevresinden ısı çekerek soğuyor. Böylece bir malzeme ısıyı harekete, diğeri ise bu hareketi soğutmaya dönüştürüyor.
Deneylerde sıcaklık farkı oluşturuldu
İlk testlerde sistem elektrikle ısıtıldı. Soğutucu malzemenin tek başına 12,9 Kelvin sıcaklık farkı oluşturduğu görüldü. Sistemin tamamında ise 20 döngünün sonunda 4 Kelvinlik fark ölçüldü.
Araştırmacılar daha sonra elektrikli ısıtıcıyı devreden çıkararak 130 derece sıcaklıktaki katı bir ısı kaynağı kullandı. Sistem bu koşullarda da çalışmayı sürdürdü ve 2,2 Kelvin sıcaklık farkı oluşturdu.
İşlemcinin atık ısısı yeniden soğutmada kullanılabilir
Teknoloji henüz deneysel aşamada ve mevcut prototip yüksek soğutma kapasitesi hedeflenerek geliştirilmiş değil. Araştırmacılar, gelecekte birden fazla soğutucu katmanı bir araya getirerek sistemin kapasitesini artırmayı planlıyor.
Başarılı olması halinde teknoloji işlemci, otomobil ve endüstriyel makinelerde yeni kullanım alanları bulabilir. Örneğin bir bilgisayar işlemcisinin ortaya çıkardığı atık ısı, yine işlemciyi soğutmak için kullanılabilir. Benzer şekilde motor ve aktarma sistemlerinden çıkan ısı da elektronik bileşenlerin soğutulmasına aktarılabilir.
Araştırmacılara göre güneş enerjisinden elde edilen ısı da sistemi çalıştırabilecek kaynaklardan biri olabilir. Ancak teknolojinin günlük hayatta klima veya bilgisayar soğutucusu olarak kullanılabilmesi için mevcut soğutma kapasitesinin önemli ölçüde artırılması gerekiyor.
