I ricercatori guidati dal Prof. LUO Ercang dell’Istituto Tecnico di Fisica e Chimica dell’Accademia Cinese delle Scienze (TIPC,CAS) e i loro collaboratori hanno sviluppato un innovativo refrigeratore termoacustico guidato dal calore (HDTR) con una nuova configurazione di bypass che migliora significativamente l’efficienza di questa tecnologia rispetto ai risultati fino ad ora ottenuti.
Lo studio è stato pubblicato su Cell Reports Physical Science il 1° febbraio.
L’HDTR è riconosciuto come una nuova e promettente tecnologia di raffreddamento con molti vantaggi. Ad esempio, non ha parti in movimento, utilizza gas naturali (ad esempio, elio e azoto) ed è altamente affidabile. Tuttavia, fino ad oggi la sua efficienza relativamente bassa ne ha ostacolato l’applicazione commerciale.
Gli scienziati affermano di aver ottenuto quetsi risultati grazie a una nuova configurazione
L’efficienza degli HDTR può essere stimata dal coefficiente di prestazione (COP), ossia il rapporto tra la potenza di raffreddamento in uscita e la potenza di riscaldamento in entrata. Per gli HDTR avanzati esistenti ad accoppiamento diretto, i ricercatori hanno riscontrato una diminuzione inaspettata del COP con l’aumento della temperatura di riscaldamento. Inoltre, ne hanno scoperto la ragione: in questi sistemi esiste un vincolo di corrispondenza della temperatura che impedisce il miglioramento del COP a temperature di riscaldamento elevate.
Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno proposto una configurazione di bypass nuova per eliminare il vincolo di corrispondenza della temperatura. Questa nuova configurazione consente di bypassare parte della potenza acustica, realizzando così un’efficiente corrispondenza della potenza acustica tra l’unità motore e l’unità di raffreddamento alle alte temperature di riscaldamento.
Di conseguenza, il sistema raggiunge un´efficienza decisamente migliore. I ricercatori hanno quindi costruito un prototipo HDTR su scala kilowatt. Utilizzando l’elio come gas di lavoro, hanno raggiunto un COP sperimentale record di 1,12 con una capacità di raffreddamento di 2,53 kW, alle temperature di riscaldamento, ambiente e raffreddamento di 450 °C, 35 °C e 7 °C, rispettivamente. Questo COP è 2,7 volte superiore al miglior risultato mai ottenuto per gli HDTR esistenti.
Secondo i ricercatori, nel campo della refrigerazione a temperatura ambiente e guidata dal calore, la loro nuova tecnologia HDTR non solo supera i frigoriferi ad adsorbimento e i frigoriferi ad assorbimento a singolo effetto, ma è paragonabile ai frigoriferi ad assorbimento a doppio effetto. Questi risultati evidenziano la grande promessa di questa nuova tecnologia HDTR nelle applicazioni di climatizzazione commerciale.
Rispetto all’elio, l’azoto è un refrigerante più abbondante, economico e rispettoso dell’ambiente. Pertanto, i ricercatori hanno testato le prestazioni del sistema anche con l’azoto. I risultati del COP sono migliori di quelli precedentemente riportati da TIPC.
I ricercatori sostengono che il nuovo sistema HDTR abbia un COP intrinsecamente più elevato rispetto ai frigoriferi ad assorbimento, grazie all’utilizzo efficiente dell’energia termica ad alta temperatura. L’analisi numerica suggerisce un eccezionale valore potenziale di COP pari a 2 per il sistema HDTR proposto a una temperatura di riscaldamento superiore a 800 ℃.
I ricercatori hanno dichiarato che apporteranno alcune modifiche al sistema attuale e aumenteranno la temperatura di riscaldamento per migliorare ulteriormente le prestazioni di raffreddamento del sistema. Dopo aver apportato questa modifica, prevedono di raggiungere un COP superiore a quello dei frigoriferi ad assorbimento a doppio effetto nel prossimo futuro.
Referenze: Cell Reports Physical Science: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101815
