Çin Bilimler Akademisi (CAS) bünyesinde çalışan araştırmacılar, 200 derecenin üzerinde çıkış sıcaklığına ulaşabilen termoakustik Stirling ısı pompası prototipini kamuoyuna tanıttı. Geliştirilen sistem, yüksek sıcaklık gerektiren sanayi uygulamaları için yeni bir kapı aralarken petrokimya ve metalurji gibi sektörlerde sıfır karbonlu ısıtma için kritik bir adım olarak değerlendiriliyor.
Ses dalgalarını kullanıyor
Geleneksel ısı pompalarından farklı olarak akustik ısı pompaları, ısıyı taşımak için mekanik kompresörler yerine ses dalgalarını kullanıyor. Özel olarak tasarlanmış bir boru içerisinde oluşturulan güçlü ses dalgaları, gaz moleküllerini titreştirerek basınç farkları meydana getiriyor ve bu sayede ısı bir uçtan diğerine aktarılıyor. Hareketli parça içermemesi, bu sistemleri daha sessiz ve uzun ömürlü hale getirirken bugüne kadar yüksek maliyetler ve sınırlı performans ticari kullanımın önünde engel oluşturuyordu.
CAS araştırma ekibi, bu sınırlamaları aşmak amacıyla termoakustik Stirling ısı pompası (TAHP) mimarisini temel alan bir prototip geliştirdi. Sistem, kapalı bir gaz çevrimi içinde ses dalgalarıyla ısı transferi gerçekleştiriyor ve çalışma prensibi açısından Stirling motorlarını andırıyor. Bilindiği üzere Stirling motorları, kapalı çevrimde sabit bir gazın ısı etkisiyle sıkışıp genleşmesi sayesinde enerji dönüşümü sağlayan rejeneratif sistemler olarak tanımlanıyor.
Yeni prototipteki temel yenilik, faz anahtarlama sistemiyle ses dalgalarının yönünün kontrol edilebilmesi. Bu sayede akustik enerji ters yönde iletilebiliyor, yüksek ve düşük sıcaklık ısı eşanjörleri yer değiştirerek çalışıyor. Böylece kompresör daha düşük sıcaklıklarda çalıştırılabiliyor ve ultra yüksek sıcaklık kompresörü ihtiyacı ortadan kalkıyor.
Potansiyeli heyecan verici
Araştırmacılar, bu tasarım sayesinde 200 derecenin üzerinde pompalama sıcaklığına ulaşabilen dünyanın ilk çift etkili, serbest pistonlu termoakustik Stirling ısı pompası prototipini geliştirdiklerini belirtiyor. Deneysel sistem, yaklaşık 14 derece seviyesindeki düşük ısıyı 270 derecenin üzerindeki bir ısı kaynağına başarıyla taşıyabiliyor. Deney sonuçları, sistemin 25 dereceden 166 dereceye kadar etkili bir sıcaklık artışı sağlayabildiğini ortaya koyuyor. Ayrıca 74 derecelik bir sıcaklık aralığında en yüksek performans katsayısı (COP) 1,68 olarak ölçüldü. Ortam sıcaklığının 67 dereceye ulaştığı koşullarda ise sistem, 214 derecelik bir ısıtma çıkış sıcaklığı sunarken, bu noktada COP değeri yüzde 1,5, göreli Carnot verimliliği ise yüzde 45,2 seviyesine ulaşıyor.
Araştırma ekibi, önümüzdeki dönemde bu teknolojiyi petrokimya, metalurji ve seramik üretimi gibi yüksek sıcaklık gereksinimi olan endüstriyel süreçlere uyarlamayı hedefliyor. Çalışmanın başyazarı Luo Ercang, basınçlı su reaktörlerinde yaklaşık 300 derece, parabolik oluklu güneş kolektörlerinde ise 400-500 derece seviyesindeki ısı kaynaklarının süper yüksek sıcaklıklı termoakustik ısı pompası teknolojisiyle 500 ila 800 derece aralığına yükseltilebileceğini vurguluyor.
Kaynak : https://www.donanimhaber.com/stirling-tabanli-termoakustik-isi-pompasi-prototipi-gelistirildi–199913
