Çin Bilimler Akademisi (CAS) bünyesinde çalışan araştırmacılar, 200 dereceyi aşabilen bir termoakustik Stirling ısı pompası prototipi üzerine ilerliyor. Geliştirilen sistem, sanayi alanında yüksek sıcaklık gereksinimlerini karşılamak üzere yeni bir kapı aralarken petrokimya ve metalurji gibi sektörlerde sıfır karbonlu ısıtma amacıyla kritik bir rol üstleniyor.
Ses dalgalarını kullanarak enerji transferini sağlayan akustik ısı pompaları, geleneksel mekanik kompresörlere bağımlı olmayan bir yaklaşım sunuyor. Özel olarak tasarlanan bir boru içinde oluşturulan güçlü ses dalgaları gaz moleküllerini titreştirerek basınç farkları yaratıyor ve bu sayede ısı bir uçtan diğerine aktarılıyor. Hareketli parçaların bulunmaması, bu sistemleri daha sessiz ve uzun ömürlü kılar; ancak yüksek maliyetler ve performans sınırlamaları geçmişte ticari uygulamaların önüne engel teşkil ediyordu.
CAS araştırma ekibi, bu engelleri aşmak amacıyla trimodal akustik Stirling mimarisine dayalı bir prototip geliştirdi. Kapalı bir gaz çevrimi içinde ses dalgalarıyla ısı transferi gerçekleştiren bu tasarım, Stirling motorlarını andıran bir çalışma prensibiyle hareket ediyor. Stirling motorlarının kapalı çevrimde gazın ısı etkisiyle sıkışıp genleşmesiyle enerji ürettiğini bilen ekip, yeni prototipte faz anahtarlama sistemiyle ses dalgalarının yönünü kontrol ederek akustik enerjiyi ters yönde iletmeyi başarıyor. Böylece yüksek ve düşük sıcaklık tarafındaki ısı eşanjörleri değiştirilerek kompresör daha düşük sıcaklıklarda çalıştırılabiliyor ve ultra yüksek sıcaklık gereksinimi ortadan kalkıyor.
Potansiyel geri dönüşler heyecan verici olarak değerlendiriliyor. Elde edilen tasarım sayesinde dünyanın ilk çift etkili, serbest pistonlu termoakustik Stirling ısı pompası prototipi, 200 dereceyi aşan pompalama sıcaklığına ulaşabilecek kapasiteyle deneye alındı. Deneysel sistem, yaklaşık 14°C seviyesindeki düşük ısıyı, 270°C’nin üzerinde bir ısı kaynağına başarıyla taşıyabiliyor. Sonuçlar, 25°C’den 166°C’ye kadar olan artışın kaydedildiğini ortaya koyuyor. Ayrıca 74°C aralığında en yüksek COP değeri 1,68 olarak ölçülüyor ve ortam sıcaklığının 67°C’ye ulaştığı koşullarda 214°C’lik bir ısıtma çıkışı elde edilirken, COP yaklaşık %1,5 ve göreli Carnot verimliliği yaklaşık %45,2 düzeyine yükseliyor.
Gelecekte bu teknoloji, petrokimya, metalurji ve seramik üretimi gibi yüksek sıcaklık gerektiren endüstriyel süreçlerde uygulanabilirlik kazanmaya devam edecek. Çalışmanın başyazarı Luo Ercang, basınçlı su reaktörlerinde yaklaşık 300°C, parabolik oluklu güneş kolektörlerinde ise 400–500°C gibi aşamalarda hedeflenen süper yüksek sıcaklıklı ısı kaynaklarının 500–800°C aralığına kadar yükseltilebileceğini vurguluyor.
