Raziskovalci Fakultete za strojništvo UL razvili inovativni sistem za elastokalorično hlajenje
UL FS
Datum objave:
Raziskovalci Fakultete za strojništvo UL so razvili nov pogonski sistem za elastokalorično hlajenje. Elastokalorično hlajenje je okolju prijazna hladilna tehnologija, ki temelji na temperaturnih spremembah materialov pri mehanskem obremenjevanju in razbremenjevanju. Gre za eno najobetavnejših hladilnih tehnologij prihodnosti, saj omogoča hlajenje brez uporabe okolju škodljivih hladiv in z bistveno višjo energijsko učinkovitostjo v primerjavi s trenutnimi parno-kompresijskimi sistemi.
Raziskava je nastala v sodelovanju med Laboratorijem za nelinearno mehaniko (LANEM) ter Laboratorijem za modeliranje elementov in konstrukcij (LAMEK), oboje UL FS, vodila pa jo je elastokalorična skupina z doc. dr. Jako Tuškom na čelu. Raziskovalci so razvili inovativni pogonski sistem za elastokalorične naprave, ki temelji na pristopu konstantnega navora in neposrednem izkoriščanju povračljivega mehanskega dela. Sistem uporablja štiri fazno zamaknjene elastokalorične elemente ter posebej zasnovan odmično-kolutni (cam-disc) mehanizem, ki zaradi ustrezne fazne razporeditve elementov omogoča teoretično konstantno obremenitev elektromotorja med delovanjem. Mehanizem z vrtenjem profiliranega odmikača ustvarja vnaprej določeno gibanje sledilcev, s čimer zagotavlja natančno krmiljenje obremenjevanja in razbremenjevanja elastokaloričnih elementov.
Galerija fotografij
Eden ključnih izzivov pri razvoju tehnologije ostaja učinkovita kompaktna mehanska zasnova pogonskih sistemov, ki morajo zagotavljati velike sile ob hkratni nizki porabi energije. Raziskovalci UL FS so eksperimentalno pokazali, da njihov sistem dosega skoraj konstanten navor pogonske gredi ter do približno 70-odstotno učinkovitost vračanja mehanskega dela pri silah do 40 kN. Numerične simulacije nakazujejo, da bi bilo mogoče z nadaljnjimi optimizacijami učinkovitost povečati celo do 88 %.
»Ključna prednost rešitve je, da omogoča skoraj popolnoma enakomerno mehansko obremenitev pogonskega sistema in učinkovito vračanje energije med delovanjem. S tem se močno zmanjša potreba po maksimalni vhodni moči in v nadaljevanju omogoča optimizacijo pogonskega sistema tehnologije,kar je eden glavnih pogojev za prihodnjo uporabo elastokaloričnih sistemov v realnih napravah,« je poudaril prvi avtor raziskave doc. dr. Andrej Žerovnik.
Vodja raziskovalne skupine doc. dr. Jaka Tušek dodaja: »Razvita rešitev predstavlja pomemben preboj na področju elastokalorične tehnologije, saj neposredno naslavlja enega ključnih omejitvenih dejavnikov pri prehodu iz laboratorijskih demonstratorjev v praktične hladilne in ogrevalne sisteme. Posebej nas veseli, da smo za razvito idejo vložili tudi patentno prijavo, kar potrjuje njen aplikativni in inovacijski potencial.«
Novi pristop omogoča kompaktnejšo, mehansko uravnoteženo in energetsko učinkovitejšo zasnovo naprav, kar pomembno približuje elastokalorično tehnologijo praktični uporabi in komercializaciji.
Raziskava z naslovom Efficient Elastocaloric Drive System Enabled by Constant-Torque and Work-Recovery Design j je nastala v sodelovanju raziskovalcev doc. dr. Andreja Žerovnika, dr. Stefana Dall’Olia, doc. dr. Simona Krašne, dr. Žige Ahčina in doc. dr. Jake Tuška. Raziskavo sta podprla dva projekta Evropskega raziskovalnega sveta (ERC) – projekt za začetek samostojne raziskovalne poti ter projket za potrditve koncpeta – ter Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS). Rezultati raziskave so bili objavljeni v prestižni znanstveni reviji Nature Communications.
