Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, elektrik kullanmadan 10 kW’a kadar ısı taşıyabilen yenilikçi bir döngü ısı borusu (LHP) geliştirdi. Bu rekor kıran ısı transfer kapasitesi dünyanın en büyüğüdür ve çeşitli endüstrilerde enerji tasarrufu ve karbon nötrlüğü için yeni fırsatların kapısını aralamaktadır.
Yeni LHP, evaporatör yapısındaki iyileştirmeler sayesinde aynı üniversitenin geliştirdiği önceki modele göre daha üstün. Bu değişiklikler cihazın boyutunu %18 oranında küçülttü, ısı transfer kapasitesini 1,6 kat artırdı ve ısı transfer verimliliğini dört kat artırdı. LHP’ler halihazırda insanlı uzay uçuşlarında, elektrikli araçlarda, hava durumu uydularında ve tüketici elektroniğinde uygulama alanı buldu.
“Bu LHP, bu kadar büyük miktarda ısıyı elektrik kullanmadan taşıyabilmesi açısından benzersizdir, bu da onu dünyanın en büyük elektriksiz ısı taşıma cihazı haline getiriyor. Bu, daha önce geleneksel mekanik pompaların tükettiği elektrik ihtiyacını ortadan kaldırarak ısının elektrik olmadan neredeyse sabit bir şekilde taşınmasına olanak tanıyor” dedi projede yer alan kıdemli araştırmacılardan Profesör Hosei Nagano.
Şirketler arasında karbon ayak izine ilişkin farkındalığın artması, elektrikli araç endüstrisinde enerji tasarruflu soğutma yöntemlerine olan talebin artmasına yol açıyor. LHP’ler, elektrik gerektirmeyen soğutma sağlayarak elektrik talebini azaltarak elektrikli araçların genel verimliliğini artırmaya yardımcı olur.
“Elektrikli araçlarda invertör sıcaklığının korunması, optimum performans açısından kritik öneme sahiptir. Geleneksel invertör soğutma yöntemleri enerji gerektirir, ancak LHP’miz sıcaklıkları elektrik olmadan korur. Bu, verimliliğin artmasına neden oluyor ve endüstride ihtiyaç duyulan yüksek termal yüklerle başa çıkabiliyor,” diye açıkladı projede yer alan yüksek lisans öğrencisi Sean Somers-Neal.
LHP, ısıyı uzun mesafelerde verimli bir şekilde taşımak için çalışan bir sıvı ve gözenekli malzeme kullanır. Malzeme, kılcal hareket yoluyla çalışma sıvısını yüzeye çeker. Evaporatöre ısı uygulandığında yüzeydeki sıvı ısıyı emerek buhara dönüşür. Buhar, ısıyı verdiği ve tekrar sıvı halinde yoğunlaştığı bir yoğunlaştırıcıya doğru hareket eder. Sıvı daha sonra dengeleme odasına geri döner ve burada malzeme ile tekrar temasa geçer, bu da onu yüzeye geri çeker ve soğutma döngüsünü sürdürür.
Araştırma ekibi, LHP gözenekli malzeme bölümünü, yüksek kaliteli gözenekli özellikleri korurken daha ince, daha uzun ve daha geniş hale getirerek geliştirdi. Ayrıca buharın evaporatörden çıkmasını sağlayan kanalları daraltıp yanlara ilave kanallar ekleyerek ısı transfer yeteneklerini geliştirmişler ve böylece toplam kanal sayısını artırmışlardır.
“Döngü ısı borusunun benzersizliği, fitilin şekli, kalitesi ve boyutunun yanı sıra LHP’nin genel performansında yatmaktadır. Daha büyük fitiller yapılırken genellikle kalitede bir azalma olur, ancak bu fitilin kalitesi daha küçük olanlara benzer. Fitilin kalınlığını azaltmaya yardımcı olan çekirdekleri var, bu da daha düşük basınç düşüşü ve daha düşük çalışma sıcaklıkları sağlıyor” diye açıklıyor Profesör Nagano.
Yeni LHP, test sırasında mevcut LHP’lerden dört kat daha fazla ısı transfer verimliliği sergiledi. Tasarım o kadar verimliydi ki, fitilin yarattığı kılcal kuvveti kullanarak atık ısıyı enerji kullanmadan 2,5 metre mesafeye aktarıyordu. Bu, enerji dışı ısı transferi açısından bir rekor kırdı.
“Bu öncü LHP teknolojisinin, tesis atık ısısının geri kazanımı, güneş enerjisi kullanımı, elektrikli araç ısı yönetimi ve veri merkezi soğutması dahil olmak üzere çeşitli alanlarda enerji tasarrufu ve karbon nötrlüğünde devrim yaratması bekleniyor. Verimli ısı tasarrufu, sürdürülebilir enerji çözümlerine doğru atılmış önemli bir adımdır” dedi Somers-Neal.