Saját kibocsátott hőjével hűti magát az a különleges fémfólia, amellyel kiválthatók a motoros kompresszorok. A Karlsruhe-i Technológiai Intézet és a Cukubai Egyetem kutatói olyan szilárdtest-hűtést fejlesztettek ki, amely külső villamos energiát igénylő mozgatóegység nélkül működik.
Két mikroszkopikus fémfólia összehangolt játéka
A hagyományos klímák és számítógépes hűtőrendszerek több mint egy évszázada ugyanarra az elvre épülnek: elektromos kompresszor mozgatja a gáz halmazállapotú hűtőközeget. A német és japán fejlesztésű elasztokalorikus szilárdtest-hűtés ezzel szemben teljesen elhagyja a folyékony vagy gáznemű vegyi anyagokat. A rendszer két rendkívül vékony, nikkel-titán alakmemóriájú ötvözetből álló fóliát kapcsol össze.
Az első, 22 mikrométer vastagságú fólia az aktivátor szerepét tölti be. Amikor ezt a réteget meleg éri – például a processzorból vagy az adatközpontokból kiáramló forró levegő –, az fém rácsszerkezetének köszönhetően azonnal összehúzódik. Ez a hőtágulással ellentétes mechanikai mozgás húzóerőt fejt ki a második, 26,5 mikrométeres szuperelasztikus ötvözetfóliára.
Mechanikai feszültségből keletkező fagyos hatás
A második fólia a húzóerő hatására feszültség alá kerül, majd a mechanikai terhelés megszűnésével elernyed. Ez a fázisátalakulás az úgynevezett elasztokalorikus hatást váltja ki: a fém kristályszerkezete a tehermentesítés pillanatában látens hőt nyel el a környezetéből, ami jelentős hőmérséklet-csökkenést eredményez.
A Nature Energy folyóiratban publikált mérések szerint a hűtőfólia saját anyagi szintjén 12,9 Kelvin hőmérséklet-különbséget ért el. A teljes, összeállított szilárdtest-hűtő modul külső, 130 Celsius-fokos hőforrással meghajtva is stabil 2,2 Kelvines hőmérséklet-különbséget tartott fenn a meleg és a hideg oldala között. Ez igazolja, hogy a folyamat motor és villamos hajtás nélkül, tiszta hulladékhővel is fenntartható.
Adatközpontok és szervertermek energiaéhségének csökkentése
A globális energiafelhasználás jelentős részét a hűtési és fűtési rendszerek üzemeltetése emészti fel. A mesterséges intelligencia terjedésével az adatközpontok áramfogyasztása növekszik, és ennek jelentős hányada kizárólag a nagy teljesítményű processzorok hűtésére megy el. Ha a szerverek által termelt forró levegő közvetlenül meghajthatna egy belső szilárdtest-hűtőt, a létesítmények energiahatékonysága javulna.
A technológia nem csupán a szervertermekben, hanem a járműiparban is használhatóvá válhat. Az elektromos autóknál a hajtáslánc hulladékhője biztosíthatná az akkumulátorok vagy a teljesítményelektronika hűtését. Mivel a hűtőközegként használt fémfóliák nem tartalmaznak üvegházhatású gázokat, a megoldás a környezetterhelést is mérsékli.
Közvetlen hőátalakítás villanymotorok nélkül
A szilárdtest-hűtés elterjedésének legnagyobb akadályát korábban a mechanikai mozgatáshoz szükséges villanymotorok jelentették, amelyek lecsökkentették a rendszer összetett hatásfokát. Az, hogy a kísérleti berendezés közvetlenül a hőenergiát alakítja át hűtési teljesítménnyé, teljesen új dimenziót nyit a passzív hőkezelésben.
A kutatócsoport jelenleg a skálázhatóságon és az ötvözetek tartósságán dolgozik. A mikroszkopikus fóliák párhuzamosításával és rétegzésével a hűtési teljesítmény a többszörösére növelhető, így a laboratóriumi prototípusból belátható időn belül ipari méretű hűtőmodulok születhetnek.
NYitókép: Yi-Ting Hsiau and Jingyuan Xu, KIT)
