Laboratorium Badawcze Ames stosuje trójwymiarowy drukowany kolektor w zaawansowanym systemie chłodzenia magnetokalorycznego

Naukowcy pracują nad rozwojem nowych technologii, takich jak systemy półprzewodnikowe o nawet o 30% większej efektywności energetycznej, które zastąpią technologię sprężania gazu mającą 100 lat. Efekt magnetokaloryczny jest zjawiskiem, w którym odpowiedni materiał przechodzi przez zmianę temperatury spowodowaną ekspozycją na zmieniające się pole magnetyczne.

System nazywa się CaloriSMART lub Small Modular Advanced Research-scale Test-station, oraz to siła badawcza CaloriCool - Konsorcjum Materiałów Kalorycznych.

"Mimo że przewidywania zakończyłyby się niepowodzeniem z powodu przewidywanych nieefektywności i strat, zawsze wierzyliśmy, że to zadziała, ale byliśmy mile zaskoczeni tym, jak dobrze działało. - powiedział dyrektor projektu CaloriCool i naukowiec Laboratorium Ames Vitalij Pecharsky. "To niezwykły system i działa wyjątkowo dobrze. Chłodzenie magnetyczne w pobliżu temperatury pokojowej było szeroko badane przez 20 lat, ale jest to jeden z najlepszych systemów, który został opracowany. "

" Ale głównym powodem, dla którego pomyśleliśmy i zbudowaliśmy CaloriSMART jest przyspieszenie projektowania i rozwoju materiałów kalorycznych, aby mogły zostać przeniesione do przestrzeni produkcyjnej co najmniej dwa do trzech razy szybciej w porównaniu z 20-letnim okresem, który zwykle zajmuje dzisiaj. "

Chłodzenie kaloryczne to inny sposób patrzenia na technologię chłodzenia i jest nauką stojącą za CaloriCool, która jest sponsorowana przez Biuro Efektywności Energetycznej i Energii Odnawialnej DOE za pośrednictwem Biura Zaawansowanej Produkcji. Współpraca badawcza jest prowadzona przez Laboratorium Ames i powstała w ramach Sieci Materiałów Energetycznych.

System CaloriSMART, który trwał około pięciu miesięcy, został opracowany specjalnie w celu umożliwienia szybkiej oceny materiałów w regeneratorach. (regeneracyjne wymienniki ciepła) bez konieczności inwestowania dużej ilości czasu lub produkcji.

Pecharsky, także Anston Marston Distinguished Professor w Wydziale Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu, autorka projektu Julie Slaughter i jej zespołu projekt systemu, który obejmuje niestandardowy wydrukowany w 3D kolektor, który przechowuje próbki gadolinu i krąży rzeczywisty płyn, który według laboratorium "wykorzystuje moc chłodzenia systemu."

"Potrzebujemy tylko 2-5 kubicznych centymetry próbki materiału - w większości przypadków około 15-25 gramów. Ustalamy poziom odniesienia przy użyciu gadolinu i wiemy, że są inne materiałybędzie działać jeszcze lepiej. A nasz system powinien być skalowalny (do komercyjnego chłodzenia) w przyszłości "wyjaśnia Slaughter.

Gadolin to plastyczny i plastyczny metal ziem rzadkich, występujący w przyrodzie tylko w formie utlenionej. W pierwszym teście systemu CaloriSMART podano próbkę trzech centymetrów sześciennych gadolinu na sekwencyjne pola magnetyczne, które spowodowały przełączanie go między chłodzeniem i grzaniem. Podczas tych cykli system używał dobrze wymierzonych pomp do cyrkulacji wody, co pozwoliło na wykazanie stałej mocy chłodzenia 10 watów i gradientu 15 ° C między gorącymi i zimnymi końcami.

Dostosowane neodymowe Magnesy żelazowo-borowe są również zawarte w systemie CaloriSMART i są w stanie wysłać skoncentrowane pole magnetyczne 1,4 Tesli wprost do jego cyrkulującego, precyzyjnego systemu pompowania w linii i do samej próbki.

Teraz CaloriSmart pomyślnie przeszedł testy magnetokaloryczne, zespół badawczy planuje ulepszyć system za pomocą materiałów elektrokalorycznych, które odwracalnie nagrzewają się i schładzają, gdy poddawane są zmiennemu polu elektrycznemu, a także materiały elastokaloryczne, które zachowują się w podobny sposób, ale gdy napięcie jest cykliczne lub kompresja jest podawana. System CaloriSmart będzie mógł działać w innowacyjnym trybie złożonym, co pozwala na jednoczesne zastosowanie kombinacji technik.

"Istnieje kilka miejsc, w których badane są materiały elastokaloryczne i elektropaloryczne, ale nikt nie ma wszystkich trzech w jednym miejscu, a nasz system daje nam teraz taką możliwość ", powiedział Pecharsky.

Technologia druku 3D ma możliwość uzyskania unikalnych, niestandardowych kształtów w szybszym tempie, dlatego "Często widywane trójwymiarowe drukowane kolektory wprowadzone do pracy wcześniej w samochodach, zabytkowych wozach strażackich, a nawet wentylatorach. Teraz możemy dodać magnetokaloryczny system chłodzenia do listy.