Kompresorové lednice patří mezi běžné vybavení všech domácností. Jejich funkce je založena na elektrickém kompresoru, který chladicí látku protlačuje chladicím okruhem. K chlazení potravin dochází díky tlakovým a skupenským změnám, kterým je chladicí tekutina při oběhu okruhem podrobena.
-
O historii ledniček a chladicích technologií na Technet.cz
Jenže pořizovací cena i náklady na provoz současných ledniček jsou poměrně vysoké, lednice totiž spotřebovávají dost energie. Navíc obsahují složité soustavy trubek (chladicí okruh) a pohyblivé části (kompresor), které se čas od času mohou poškodit, což jejich provoz dále prodražuje (údržba, opravy).
Je sice znám i jiný princip chlazení - absorpční ledničky, které nemusejí být nutně poháněny elektrickou energií (stačí například pouze teplo hořáku), ale ty mají nižší účinnost a nejsou schopny dosáhnout tak nízkých teplot. Nezanedbatelnou roli hraje i fakt, že chladicí látky také mohou negativně působit jak na člověka, tak na životní prostředí (viz známé účinky freonů na zemskou ozónovou vrstvu).
Pevné látky místo tekutin
Nevýhody současných chladicích zařízení se rozhodl odstranit Qiminh Zhang a jeho kolegové z Pensylvánské univerzity. Proto studuje nové polymerní materiály, které by se daly použít v lednicích a klimatizačních jednotkách v pevném stavu. "Jde o první krok ve vývoji chladicích jednotek pomocí elektrického pole," říká Zhang.
Podle něj patří budoucnost lednicím, ve kterých úlohu chladicího média přebírají feroelektrické polymery pevného skupenství. Tedy bez trubek, bez kompresorů, jen s pevnými deskami z polymeru, jež doplňují pouze vhodné výměníky tepla.
Feroelektrické polární polymery
Největší naděje vkládají vědci do tzv. feroelektrických polymerů. U těchto látek totiž dochází při působení elektrického napětí k výrazným teplotním změnám. Pro účely chlazení elektrickým polem se zdají být mnohem vhodnější než dříve užívané polovodiče v Peltierových článcích.
Ty jsou založeny na tzv. Peltierovu jevu, ke kterému dochází v obvodu se dvěma různými sériově zapojenými vodiči, nejčastěji z vizmutu a telluridu. Pokud obvodem protéká proud, jeden spoj se ohřívá, zatímco druhý ochlazuje. Peltierovy články ale nikdy nenašly rozsáhlé použití, protože jejich účinnost je velmi malá. Přesto se stále užívají při chlazení počítačů.
Termoelektrický efekt u polárních polymerů
Qiminh Zhang si vzal do hlavy využít termoelektrických vlastností některých polárních polymerů (například poly-vinyliden-fluorid-trifluoretylenu a poly-vinyliden-fluorid-trifluoretylen-chlorofluoretylenu, ale i jiných), konkrétně jejich krystalických změn v elektrickém prostředí.
Za normálního stavu je krystalická struktura molekul těchto polymerů neuspořádaná. Ovšem jakmile na ně aplikujete napětí, molekuly přejdou do vysoce uspořádaného stavu, do okolí uvolní teplo a tím se ochladí.
Po vypnutí proudu se jejich molekulární struktura vrací zpátky do původního stavu (a látka tedy znovu teplo přijímá). Celý proces je možné cyklicky opakovat.
Termoelektrické polární polymery mají jednu podstatnou výhodu – lze z nich vytvořit díly téměř jakéhokoli tvaru a tloušťky. Jak tvrdí Zhanh: "Jsou velmi přizpůsobivé a mohou být použity k chlazení i ohřívání," takže se nabízí spousta různých možností jejich aplikací.
Kromě náhrady trubkových chladicích okruhů u tradičních ledniček a klimatizačních zařízení z nich bude také možné vyrábět speciální obleky pro hasiče (chladivé) a sportovce (ohřívání ponožek a rukavic), ale rovněž je bude možné využít i pro chlazení elektronických obvodů, zejména mikroprocesorů.
Pensylvánští vědci o svém výzkumu informovali v srpnovém vydání časopisu Science.
Zdroj: www.psu.edu, http://www.wikipedia.cz
