Компрессорлары жоқ жоғары тиімді қатты күйдегі жылу сорғылары – Фраунгофер зерттеушілері жақында аяқталған ElKaWe зерттеу жобасында бұл көзқарасты жүзеге асыру үшін ұзақ жолдан өтті. Олар материалдар мен жүйені жобалауда шешуші прогреске қол жеткізді және технологияның орасан зор әлеуетін көрсететін алғашқы электрокалориялық демонстранттарды құрастырды.
Салқындату және ауа баптау технологиясына әлемдік сұраныс тез өсуде. Бүгінгі жылу сорғылары компрессорларды пайдаланып жұмыс істейді және жылыту және салқындату үшін де қолданылады. Жаңартылатын электр энергиясымен жұмыс істейтін олар энергия ауысуының негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Фраунхофер зерттеушілері жылу сорғысы технологиясын түбегейлі жаңа тұжырымдамамен төңкеріс жасауды мақсат етеді: олардың мақсаты - зиянды хладагенттерсіз жұмыс істейтін және компрессорға негізделген жүйелерге қарағанда тиімдірек болатын электрокалориялық материалдарға негізделген қатты денелі жылу сорғылары . Жақында аяқталған ElKaWe (Электрокалориялық жылу сорғылары) жобасы аясында Фраунхофердің алты институты электрокалориялық жүйелердің барлық негізгі қосалқы технологияларын зерттеді. «ElKaWe көмегімен біз материалдар, электроника және жылу беру саласында айтарлықтай жетістіктерге жеттік. Әлі де көп нәрсе жасалуы керек болса да, бұл нарыққа дайындыққа бағытталған маңызды қадамдар болды», - дейді Fraunhofer IPM компаниясының жоба менеджері доктор Килиан Бартоломе.
Электрокалориялық белсенді материал электрокалориялық жылу сорғыларының тиімділігі мен ұзақ қызмет етуінде шешуші рөл атқарады. Консорциум әртүрлі полимер және керамикалық материалдарды әзірлеп, сынақтан өткізді. Fraunhofer IAP командасы жаңа халықаралық стандарттарды белгілейтін он қабатқа дейін құрамдас бөліктер ретінде жұқа, диэлектрлік төзімді электрокалориялық полимерлі пленкаларды шығарды. Fraunhofer IKTS-те диэлектрлік беріктік пен жұмыс жиілігіне қойылатын жоғары талаптарға жауап беретін PMN-PT (қорғасын магний ниобаты/қорғасын титанаты) негізіндегі керамикалық көпқабатты компоненттер әзірленді. Алғашқы ұзақ мерзімді сынақтарда керамикалық компоненттер өте тұрақты болып шықты: 70 миллион циклден астам электрокалориялық әсерде ешқандай өзгеріс байқалмады. Компоненттерді басқа материалдармен әрі қарай сынау жалғасуда. Сонымен қатар, қорғасынсыз барий стронций қалайы титанаты (BSSnT) қазіргі RoHS (Қауіпті заттарды шектеу) директиваларына сәйкес келешекте электрокалориялық компоненттерді өндіруге болатын перспективалы керамикалық материал екенін дәлелдеді.
Жылу құбырлары арқылы жылдам жылу беру – зиянды салқындатқыштарсыз
Жылу диссипациясы осы уақытқа дейін электрокалориялық жылу сорғыларының жұмысына қатысты кедергі болып табылады: ол неғұрлым жылдам болса, жүйе соғұрлым тиімдірек болады. Жылдам жылу беру үшін зерттеу тобы белсенді калориялық жылу құбырларына (AEH) сүйенеді, оларда жылу беру жасырын жылу арқылы жүреді: жылу материалындағы сұйықтықтың булануы және конденсациялануы арқылы. Этанол мен су пайдаланылды - бұл әдеттегі жылу сорғыларына қарағанда шешуші артықшылық. Fraunhofer IPM патенттеген AEH концепциясы ElKaWe жобасының бөлігі ретінде электрокалориялық жүйеде алғаш рет қолданылды. Жылу құбырына негізделген тәсілмен сұйықтықты бұрын кең таралған белсенді айдаумен салыстырғанда циклдің айтарлықтай жоғары жиіліктеріне қол жеткізуге болады. Электркалориялық материалдың бетіндегі булану және конденсация секундына он ретке дейін болуы керек. Бұл аз материалмен көп жылуды тасымалдауға мүмкіндік береді, бұл әсіресе үнемді жүйелерге жол ашады. Fraunhofer FEP ұзақ мерзімді тұрақты супергидрофильді жабындарды әзірледі, олар жер бетінен әсіресе тиімді булануды қамтамасыз етеді. Электрлік бұзылулардың алдын алу үшін Fraunhofer LBF сонымен қатар эпоксидті шайырға электрокалориялық сегменттердің электродтарын енгізу процесін әзірледі.
Тиімді басқару электроникасы жылулық жылу сорғыларында жоғары өнімділік коэффициентіне қол жеткізу үшін де маңызды. Fraunhofer IAF зерттеушілері ElKaWe жобасындағы электрокалориялық жылу сорғыларында пайдалану үшін арнайы схема топологиясын әзірледі. GaN негізіндегі көпдеңгейлі тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіші 99,74 пайыз электр тиімділігіне қол жеткізеді — бұрын 90 пайыздан аз болатын зарядты тасымалдау тиімділігінің жаңа жаһандық стандарттарын белгілейді.
Үш түрлі демонстрациялық жүйені пайдалана отырып, зерттеушілер барлық компоненттер бірге жұмыс істейтінін және күтілетін жүйе өнімділігіне қол жеткізілетінін көрсетті. Модельдеу көрсеткендей, электрокалориялық жылу сорғыларының тиімділігі, тіпті бүгінгі материалдармен де, компрессорлық жүйелермен салыстыруға болады. Әртүрлі материал сыныптарын талдау өнімділік коэффициентін одан әрі арттыру үшін айтарлықтай әлеуеттің бар екенін көрсетеді, яғни электрокалориялық жүйелердің тиімділігі одан әрі жоғарылауы мүмкін. «Команда жобада тамаша пәнаралық ынтымақтастықты көрсетті және маңызды сұрақтарды шешті. Мұнда электрокалорияның орасан зор әлеуеті әсерлі түрде көрсетілді», - дейді жобаның консультативтік кеңесіндегі зерттеу жұмысын мұқият бақылаған Кристиан Фогель.
Сондай-ақ оқыңыз
AI жылу сорғыларының үлкен кемшіліктерін көрсетеді | Пугналом
Швециядағы геотермиялық жылу сорғылары – сәтті үлгі | Пугналом
