Fraunhofer IPM’den Devrim Niteliğinde Katı Hal Isı Pompaları
Almanya’nın Fraunhofer Fiziksel Ölçüm Teknikleri Enstitüsü (Fraunhofer IPM), kompresör kullanılmayan ve kompresör tabanlı rakiplerine kıyasla daha yüksek verimlilik sunduğu iddia edilen yenilikçi katı hal ısı pompaları geliştirmektedir. Bu yeni sistem, ısı pompası işlevselliğini yeniden tanımlayabilir.
Kompresör Yerine Elektrokalorik Malzeme
Geleneksel ısı pompalarında, kompresörler soğutucuyu soğutma döngüsü içerisinde hareket ettirerek, ısı eşanjörleri aracılığıyla ısı transferi gerçekleştirmektedir. Ancak, Fraunhofer’deki araştırmacılar, elektrik uygulandığında ısı transferi sağlayan özel malzemelerden oluşan elektrokalorik ısı pompaları geliştirmek için çalışmaktadır. Bu yöntem, daha çevre dostu ve enerji verimli bir alternatif sunmaktadır.
Fraunhofer ekibi, elektrokalorik ısı pompalarında ısı transfer oranını artırmak amacıyla aktif elastokalorik ısı boruları (AEH) kullanmaktadır. Bu sistemde akışkan olarak su ve etanol tercih edilmiştir. Araştırmacılara göre, ısı boruları yaklaşımı, geleneksel ısı pompalarındaki soğutucu gazın hareketinden daha hızlı bir çevrim sağlamaktadır. Sıvı, elektrokalorik malzemenin yüzeyinde saniyede on defaya kadar buharlaşıp yoğunlaşabilmektedir, bu sayede çok daha az malzeme ile daha fazla ısının taşınması mümkün olmaktadır. Bu durum, gelecekte daha düşük maliyetli sistemlerin geliştirilmesine zemin hazırlamaktadır.
Araştırma ekibi, yüzeyden buharlaşmayı özellikle verimli hale getirmek için, Fraunhofer Elektron Işını ve Plazma Teknolojisi Enstitüsü tarafından tasarlanan süper hidrofilik katmanları ve Fraunhofer Yapısal Dayanıklılık ve Sistem Güvenilirliği Enstitüsü tarafından geliştirilen elektrokalorik segmentlerin elektrotlarını epoksi reçineye yerleştirme yöntemini kullanarak elektriksel arızaların önüne geçmeyi başarmıştır.
Verimlilik %99,74’e Yükseltildi
Dahası, Fraunhofer Uygulamalı Katı Hal Fiziği Enstitüsü’nden araştırmacılar, ısı pompalarının elektrik kontrollerini iyileştirmek amacıyla galyum nitrür (GaN) bazlı çok seviyeli bir DC/DC dönüştürücü tasarlamışlardır. Bu yenilikçi cihazın, sistemin elektriksel verimliliğini %99,74’e çıkardığı ve bu değerin, daha önce %90’ın altında olan dönüşüm verimliliğinin önemli oranda üzerinde olduğu bildirilmektedir.
Fraunhofer ISE, üç farklı demo sistemde tüm bileşenlerin uyum içinde çalıştığını ve beklenen sistem performansını elde ettiğini ifade etmektedir. Ayrıca, yaptıkları simülasyonlarda, mevcut malzemelerle elektrokalorik ısı pompalarının verimliliğinin kompresörlü sistemlerin verimliliğine ulaşmakta olduğunu belirtmektedir. Ancak, ticari kullanıma geçiş için hala aşılması gereken önemli engeller bulunduğunu da vurgulamaktadırlar.
