Исследователи из Германии и Японии разработали прототип системы охлаждения, не требующей электричества, которая может быть внедрена в центрах обработки данных.
Команда из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Университета Цукубы разработала твердотельную систему охлаждения, использующую две сверхтонкие пленки с памятью формы для преобразования тепловой энергии в механическую работу и охлаждающую мощность.
По словам исследователей, этот прототип считается первой системой такого рода, достигающей этого без электродвигателя, и в будущем может открыть путь к более эффективному охлаждению центров обработки данных. Системы охлаждения могут составлять до 40 процентов счетов за электроэнергию дата-центра.
Эластокалорическое твердотельное охлаждение является альтернативой традиционным системам охлаждения, использующим полупроводниковые материалы, известные как сплавы с памятью формы. При приложении механической нагрузки к выбранному материалу его кристаллическая структура изменяется, вызывая нагрев. Снятие механической нагрузки позволяет материалу вернуться в исходную структуру и охладиться. Предыдущие версии систем такого типа требовали электродвигателя для создания силы, необходимой для запуска процесса, что означало невозможность прямого использования отработанного тепла.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Energy, демонстрирует альтернативу. Оно объединяет две сверхтонкие никель-титановые пленки с комплементарными функциями. Первая пленка начинает сжиматься при нагреве от сервера или другого электронного оборудования, преобразуя тепловую энергию непосредственно в механическую работу — без помощи электродвигателя.
Это движение немедленно передается на вторую пленку, где циклическое нагружение и разгрузка вызывают обратимые изменения в кристаллической структуре, генерируя холод, который может использоваться для охлаждения. Тепло заменяет электроприводной актуатор, ранее использовавшийся для привода эластокалорических систем охлаждения.
«Ключевая инновация заключается в том, что мы объединяем две комплементарные функции сплавов с памятью формы: одна пленка преобразует тепло в механическую работу, а другая пленка преобразует эту работу в холод», — сказал доктор Цзинъюань Сюй, руководитель исследовательской группы лаборатории ZEco Thermal Lab в Институте микроструктурных технологий (IMT) KIT. «Таким образом, мы создаем новый подход к управлению твердотельным охлаждением, открывая захватывающие возможности для использования отработанного тепла и солнечной энергии».
При температуре актуатора 86°C (186°F) прототип системы достиг разницы температур в 4°C (39.°F) на уровне компонента. Чипы центров обработки данных обычно достигают внутренних температур от 60°C до 85°C (от 140°F до 185°F), а традиционные системы воздушного и жидкостного охлаждения способны отводить от 10–20°C (от 50°F до 100°F) тепла. Таким образом, еще предстоит проделать работу, чтобы сделать твердотельные системы столь же эффективными, как и существующие на рынке, но исследователи утверждают, что их эксперименты впервые доказывают осуществимость концепции.
«Мы верим, что это только начало», — сказал доктор Сюй. «Масштабируя эту технологию, мы хотим разработать компактные системы охлаждения, которые используют широко доступные источники тепла для устойчивого охлаждения».
Некоторые поставщики уже экспериментируют с твердотельным охлаждением. В мае британская компания Barocal привлекла 10 миллионов долларов для коммерциализации своей системы, ориентированной на рынок охлаждения центров обработки данных.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Matthew Gooding
