Можно ли охлаждать без компрессора, поршня и вообще без движущихся деталей?
Можно, если заменить поршень звуком.
Возьмите закрытую трубу с гелием под давлением в десятки атмосфер. Внутри поставьте динамик и пакет тонких пластин с зазором в треть миллиметра. Включите звук — низкий, мощный, стоячую волну.
Один край пакета пластин начнёт остывать. Через несколько минут разница температур между краями достигнет десятков градусов.
Ни компрессора, ни поршня, ни клапанов, ни хладагента. Из подвижных деталей — только мембрана динамика. А в вариантах, о которых пойдёт речь ниже, нет и её.
Уровень звука внутри трубы такой, что в открытом воздухе он был бы смертельным — за сто семьдесят децибел. Но труба закрыта, и снаружи слышно негромкое гудение.
Устройство называется термоакустическим холодильником, и работает оно на явлении, которое обычно считают побочным.
Почему звук — это температура
Звук — это бегущие по газу сгущения и разрежения. А сжатие газа его нагревает, расширение — охлаждает. Значит, в звуковой волне вместе с давлением колеблется и температура.
В обычной обстановке эти колебания составляют тысячные доли градуса, и о них никто не вспоминает. Но амплитуда растёт с квадратом давления, и при уровнях, доступных в закрытом резонаторе, колебания температуры измеряются уже градусами.
Дальше нужен только эффективный способ этим воспользоваться.
Пожарная цепочка
Способ такой. В трубу вставляется стек — пакет пластин или пористая структура, вдоль которой стоит твёрдая стенка.
Рассмотрим маленькую порцию газа рядом с пластиной. Волна сдвигает её на долю миллиметра в одну сторону и одновременно сжимает — порция нагревается и отдаёт немного тепла стенке в новом месте. Через полпериода волна возвращает порцию назад и расширяет — теперь порция холоднее стенки и забирает у неё тепло.
Итог одного цикла: порция газа перенесла крошечную порцию тепла на длину…