新方式の冷凍庫用冷媒システムが開発される 27
ストーリー by nagazou
NEW 部門より
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一般的に冷凍庫用のシステムでは、ガスを用いて空間から熱を運び出し冷却する仕組みを用いている。この仕組みは効果的だか、使用するガスの中には環境問題を引き起こすものもある。そこで、ローレンス・バークレー国立研究所とカリフォルニア大学バークレー校の研究者は、この対策として氷が液体の水に変わるときの相変化時にエネルギーが蓄積・放出される減少を利用する方法を開発したという（Science、ScienceAlert）。
氷の塊は温度を上げると溶ける。このとき周囲の熱を吸収して冷却される。熱を加えなくても氷が溶けるようにするには、電荷を帯びた粒子（イオン）を少し加えるという方法がある。具体例としては道路に塩を撒いて凍結を防ぐ方法などがある。研究チームはこの「Ionocaloric refrigeration cycle」を用いる方法を考え出したという。ヨウ素とナトリウムでつくった塩を使用し、炭酸エチレンを溶かす実験を行った。実験では1ボルト以下の充電で摂氏25度の温度変化が測定され、従来の熱電変換技術を凌駕する結果を得たという。
この実験に使用された有機溶媒はリチウムイオン電池にも使われているもので、二酸化炭素を原料として生産されている。このシステムがうまくいけば、従来のシステムを置き換え、かつ地球温暖化係数を減らす役割を果たす可能性もあるとしている。
氷の塊は温度を上げると溶ける。このとき周囲の熱を吸収して冷却される。熱を加えなくても氷が溶けるようにするには、電荷を帯びた粒子（イオン）を少し加えるという方法がある。具体例としては道路に塩を撒いて凍結を防ぐ方法などがある。研究チームはこの「Ionocaloric refrigeration cycle」を用いる方法を考え出したという。ヨウ素とナトリウムでつくった塩を使用し、炭酸エチレンを溶かす実験を行った。実験では1ボルト以下の充電で摂氏25度の温度変化が測定され、従来の熱電変換技術を凌駕する結果を得たという。
この実験に使用された有機溶媒はリチウムイオン電池にも使われているもので、二酸化炭素を原料として生産されている。このシステムがうまくいけば、従来のシステムを置き換え、かつ地球温暖化係数を減らす役割を果たす可能性もあるとしている。
消費するものは(電力以外に)ないのかな (スコア:0)
(比喩的に言って)塩を足さなきゃならない、水を供給しなきゃならない、
って冷凍機じゃ駄目だと思うのだけど、そのへんどうなんでしょ。
# かくも熱の制御は難しい
# 熱が電線に乗ってやってくるる如く
# 電線に乗って帰ってくれればいいのに
Re: (スコア:0)
いや、使い捨てカイロの逆（保冷剤？）みたいな話じゃなくて、ちゃんとサイクルを回せるってことだと思う。このストーリーは途中で原料の話が出てくるのがミスリーディグかもだけど、論文のタイトルもサイクルって書いてあるし。効率的な溶媒が探せてないから二酸化炭素使ってますってアピールしてるだけかと。
固体溶媒の表面に塩をかけると凝固点降下で溶けるけど、相転移だから潜熱の解放があって、結果的に周りのものが冷える。溶けた液体に電気を流して塩を取り除くと再び固体になるけど、凝固熱の分は周りが暖められる。だから、この冷却と加熱を別の場所で交互にやれば電気で熱を移動させられる、って話かと。
Re: (スコア:0)
あ、物質無劣化無消費でサイクル回るということなら良いですかね。
他ツリーで触れられているけど、冷媒が個体なのが装置化のネックですね。
キューブ製氷機宜しく、ガラガラ言う運転音の冷凍機になったりして。
#素人には製氷機と見分けがつかない
Re: (スコア:0)
別の記事漁ったらスターリング冷凍サイクルと組み合わせることを検討してるみたいな話もあったから、単独で完結するシステムではないかもね。
単体での動作を考えてみる。
イオン注入して液体にして、パイプで輸送して庫外でイオン除去して凝固させて、さてその固体をどうやって庫内に入れるのか。
固体っても別の媒体込めてジェル状にするとか、ビーズ封入とか、移動させやすい方法はあるかな。封入したら今度はイオン注入が難しいか…？
機械的システムがあっても問題ないような大規模なシステム向けなのかもね。
しかし、「1ボルトの「充電」」ってのはどういう意味なんだろね。
原文もchargeなので充電っぽいが充電とは限らない気がする…。電荷の注入？ でもボルト？
Re: (スコア:0)
「充電」はまあまあ分かりやすい表現だと思う。
例えば溶媒をイオン交換膜みたいなので３つに区切って両端に電極がある場合、電位差がすなわち濃淡の差、ってことでしょ。それぞれのイオンの量が(10, 10, 10)とすると、電圧をかければ(15,0,15)になって、放電すれば(10,10,10)に戻るんじゃないかな。充電池の仕組みもこんなんじゃなかったっけ？
Re: (スコア:0)
充電池→なんだかんだと劣化する
冷蔵庫・エアコン→10年ぐらい使ってるとそこそこの発生率でガスが抜ける故障(?)に至る
ぐらいは許容されてるので、その辺ぐらいで収まるのかどうか。
ガソリン自動車ほどにメンテ・補充が必要だとなると、家電の置き換えにはちょっと向いてないかな。
エネルギーが蓄積・放出される減少を利用する (スコア:0)
ちゃんと署名が入っていますな。
Re: (スコア:0)
相転移時にエネルギーが蓄積・放出される現象
じゃないんだ
＞氷が液体の水に変わるときの相変化時にエネルギーが蓄積・放出される減少を利用する方法を開発したという (スコア:0)
ここだけ読んで、「いや、それ古式ゆかしい氷室 [wikipedia.org]のシステムやないか……」と思ったが、ちゃんと次の段落に新規性が解説されていて疑念が氷解しました
Re: (スコア:0)
結局の所 (スコア:0)
結局の所
従来:気体-液体の相変化時の潜熱を利用
今回:液体-固体の相変化時の潜熱を利用
ってだけかな?
これだと固体の冷媒を動かす必要がありそうに思えるのだが
Re: (スコア:0)
吸熱と放熱の場所を移動できないと使えるシチュエーションがけっこう限定されるよね。
それに冷媒として使えそうだという検証結果が得られたというだけでまだ実用レベルになるのは先の話だろうに「冷媒システムが開発される」ってタイトルにもつっこみたい
Re: (スコア:0)
熱交換を吸熱/放熱の2系統組み込んで同じ場所で吸熱/放熱サイクルにするとかどうだろう。
Re: (スコア:0)
個体にすると動かすのが難しいのは変わってなさそうですね
これを解決する方法でも見つけたのかと思ったら違ったようで
位相変化の冷却や暖房は既にいろいろ使われてるからなぁ
去年の夏は首を冷やすの流行ったね、今は温めるのも売ってるようだけど
そういえば1度単位で調整可能な冷却材を専門に作ってる企業もあったな
確かインド人が開発して日本で売ってるのテレビでやってたな
日本は魚の輸送などで冷却材使うからね
ピコーンひらめいた！ (スコア:5, おもしろおかしい)
通常固体の金属ナトリウムをすごく高い温度の炉の冷却材に使えばよくね？
漏れたら冷えてすぐ固まるから安全だし
Re:ピコーンひらめいた！ (スコア:3, おもしろおかしい)
すごいアイデアだ。これは文殊の知恵に違いない
Re: (スコア:0)
すごいアイデアだ。これは文殊の知恵に違いない
つまり実際にやってみるとあかんやつということか
Re: (スコア:0)
船頭多くして船山に登る類の話だが、傑出した指導者の下実際にやり切った例もある。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%... [wikipedia.org]
Re: (スコア:0)
通常固体の金属ナトリウムをすごく高い温度の炉の冷却材に使えばよくね？
漏れたら冷えてすぐ固まるから安全だし
漏れたら大爆発不可避で草
よく原発で使おうと思ったな
Re: (スコア:0)
二次冷却系に水を使うってのは、
そうするしかないことはわかるが、まさか本当にやるとは思わなかった
だよなあ
Re: (スコア:0)
比較的低温（98度）で融解し沸点が882度と高く、さらに中性子の吸収が少なく、
比重も水程度なので圧送も簡単って結構夢の冷却材なのですよ。
水や空気と反応しやすいとか、ボイド係数が正であるとか、
見た目金属なので不透明だから内容物の可視性が低いとかのデメリットもあるけどね・・・
Re: (スコア:0)
マジレスですまないけど、
レシプロエンジンで冷媒に使ってるのあった気がする
ピストンあたりに入れて振られると移動して熱運ぶ的な
Re: (スコア:0)
ピストンじゃなくて、バルブ(主に高温になる排気弁)かな?
液体金属のままで使うので、潜熱は関係ないのだが。
https://car.motor-fan.jp/tech/10016000 [motor-fan.jp]
Re: (スコア:0)
電圧加えてイオンを移動させる事で固体化できるのがミソっぽい気がするけどな。
コンプレッサーで断熱圧縮とかしなくていいってのは面白そう。
固体を冷やしたい場所まで運ぶのは大変そうだが、条件次第では効率良いかも。
冷凍庫や冷凍室、ウィンドエアコンやスポットクーラーなんかの、
壁の外内で熱輸送するだけなら色々とやりようがあると思う。
高圧縮する必要がないなら気密も条件緩くなるし……
Re: (スコア:0)
おそらく、イメージ的にはコンデンサの誘電体の部分に溶けた塩バターが詰まっていて、電圧がかかった状態は中心が無塩バターになって固まる（+絶縁）、それを戻すには逆方向に電圧をかけて電極に逆のイオンを集める過程でプラマイが釣り合った状態の時に塩分均等で溶ける（+通電）、って感じだと思う。だから、イオンの移動（電気泳動）速度を超えない周期の交流電源で、それに合わせて（倍速で）回転する円盤で冷蔵庫の中と外を移動させる感じかな。
ただ、例えば塩バターが固まりっぱなしの低温では使えないし、無塩バターが溶けるような高温でも使えない。と考えると、なかなかデリケートな仕組みのような。どっちも大した温度差じゃないだろうし、自家中毒というか自分が出し入れした熱で動作停止するんじゃなかろうか。
理解した！（してない (スコア:0)
水の気化を利用する素焼き壺冷却のすごい版だな！
吸収式冷凍機 (スコア:0)
ちょっと思ったけど吸収式冷凍機の水が気化する部分を氷が水になるに置き換えた感じなのか？