科学者たちは、エネルギーを節約し、水をより効率的に沸騰させる方法を発見しました

水は、キッチンで淹れたお茶であろうと発電所で淹れたお茶であろうと、たくさん沸騰します。 このプロセスの効率が改善されると、毎日使用されるエネルギーの総量に大きな影響があります。

そのような改善の1つは、水の加熱と蒸発に使用される表面の新しく開発された処理によってもたらされる可能性があります。 処理により、沸騰プロセスを定義する2つの重要なパラメーターである熱伝達係数（HTC）と臨界熱流（CHF）が改善されます。

ほとんどの場合、2つの間にトレードオフがあります-一方が良いほど、もう一方は悪くなります。 何年にもわたる検索の結果、この手法の背後にある検索用語は、両方を強化する方法を見つけました。

「両方のパラメーターは重要ですが、両方のパラメーターを一緒に最適化することは、本質的なトレードオフがあるため、やや困難です。」 バイオインフォマティクスの科学者YongsapSongは言う カリフォルニアのローレンスバークレー国立研究所から。

「沸騰面に気泡が多い場合、沸騰は非常に効率的ですが、表面に気泡が多すぎると、気泡が融合して、沸騰面の上に蒸気層が形成される可能性があります。」

高温の表面と水の間の蒸気膜は抵抗を示し、熱伝達効率とCHF値を低下させます。 この問題を回避するために、研究者たちは3つの異なるタイプの表面改質を考案しました。

まず、一連の微小管が追加されます。 幅10µmのこのグループのチューブは、約2 mmの間隔で配置され、気泡の形成を制御し、気泡をキャビティ内に固定します。 これにより、蒸気膜の形成が防止されます。

同時に、表面の気泡の集中を減らし、沸騰効率を下げます。 これに対処するために、研究者らは、中空管の表面内にナノメートルサイズの突起とエッジのみを追加する、2番目の変更として小規模な処理を導入しました。 これにより、利用可能な表面積が増加し、蒸発率が向上します。

最後に、マイクロキャビティを材料表面の一連の柱の中央に配置しました。 これらのプルームは、表面積を増やすことにより、流体の回収プロセスをスピードアップします。 組み合わせると、沸騰効率が大幅に向上します。

（（Songetal。）。

上：研究者によってスローダウンされたビデオは、特別に処理された表面で水が沸騰し、特定の別々のポイントで泡が形成されることを示しています。

ナノ構造も気泡の下での蒸発を促進し、カラムは気泡の基部への液体の一定の供給を維持するため、沸騰面と気泡の間に水の層を維持でき、最大の熱流を促進します。

「最適化を得るためにこのように表面を操作する能力を実証することが最初のステップです。」 機械エンジニアのEvelynWangは次のように述べています。 マサチューセッツ工科大学から。 「次のステップは、よりスケーラブルなアプローチを考えることです。」

「私たちが作るこれらのタイプの構造は、現在の形に拡大することを意図したものではありません。」

小規模なラボから商業産業で使用できるものに作業を移行することは非常に簡単ではありませんが、研究者はそれが可能であると確信しています。

1つの課題は、表面テクスチャと3つの「レベル」の調整を作成する方法を見つけることです。 良いニュースは、探索できるさまざまな方法があり、その手順はさまざまな種類の流体でも機能するはずです。

「これらの種類の詳細は変更することができ、それが私たちの次のステップになる可能性があります。」 歌われた。

検索はで公開されました 先端材料。