CaloriSMART -systemet är ett bordsmodellsystem för testning av små prov av magnetokaloriska, elastokaloriska och elektrokaloriska material. Kredit:Ames Laboratory
Forskare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har konstruerat och byggt ett avancerat modellsystem som framgångsrikt använder mycket små mängder magnetokaloriska material för att uppnå kylning av kylnivåer. Utvecklingen markerar ett viktigt steg för att skapa ny teknik för att ersätta 100-årig gaskomprimeringskylning med halvledarsystem upp till 30 procent mer energieffektiva.
Kallas CaloriSMART-Small Modular Advanced Research-skala teststation-systemet utformades speciellt för snabb utvärdering av material i regeneratorer utan stora investeringar i tid eller tillverkning. Det första testet utsatte ett prov av gadolinium för sekventiella magnetfält, får provet att växla mellan uppvärmning och nedkylning. Med exakt tidsinställda pumpar för att cirkulera vatten under dessa uppvärmnings- och kylcykler, systemet visade upprätthållande kylkraft på cirka 10 watt, med en gradient på 15 grader Celsius (strax under 30 ° F) mellan de varma och kalla ändarna med endast tre kubikcentimeter gadolinium.
"Trots förutsägelser skulle vi misslyckas på grund av förväntade ineffektivitet och förluster, vi trodde alltid att det skulle fungera, "säger projektledaren för CaloriCool och forskaren vid Ames Laboratory Vitalij Pecharsky, "men vi blev positivt överraskade över hur bra det fungerade. Det är ett anmärkningsvärt system och det fungerar exceptionellt bra. Magnetisk kylning nära rumstemperatur har undersökts i stort i 20 år, men det här är ett av de bästa systemen som har utvecklats. "
Pecharsky krediterade projektforskaren Julie Slaughter och hennes team för att designa systemet som tog ungefär fem månader att bygga. 3-D-utskriftsfunktioner användes för att specialbygga fördelaren som rymmer provet och cirkulerar vätskan som faktiskt utnyttjar systemets kylkraft. Systemet har också anpassade neodym-järn-bor magneter som levererar ett koncentrerat 1,4 Tesla magnetfält till provet, och det exakta in-line pumpsystemet som cirkulerar vätskan.
3D -tryckt grenrör med ett gadoliniumprov. Kredit:Ames Laboratory
"Vi behöver bara 2-5 kubikcentimeter provmaterial-i de flesta fall cirka 15-25 gram, "Slakt sade." Vi sätter riktmärket med gadolinium och vi vet att det finns andra material som kommer att prestera ännu bättre. Och vårt system bör vara skalbart (för kommersiell kyla) i framtiden. "
"Men den främsta anledningen till att vi tänkte och byggde CaloriSMART är att påskynda design och utveckling av kalorimaterial så att de kan flyttas in i tillverkningsutrymmet minst två till tre gånger snabbare jämfört med de 20 år som det vanligtvis tar idag, "tillade Pecharsky, som också är Anston Marston Distinguished Professor vid Iowa State University Institutionen för materialvetenskap och teknik.
Magnetokaloritestningen är bara början. Planen är att uppgradera systemet till att arbeta med elastokaloriska material - som reversibelt värms upp och svalnar när de utsätts för cyklisk spänning eller kompression - och elektrokaloriska material - som gör
Det 3D-tryckta grenröret innehåller ett gadoliniumprov. samma när den utsätts för förändrade elektriska fält. Systemet kommer även att fungera i ett kombinerat fältläge som gör att en kombination av tekniker kan användas samtidigt.
"Det finns en handfull platser som studerar elastokaloriska och elektrokaloriska material, "Sade Pecharsky, "men ingen har alla tre på ett ställe och vårt system ger oss nu den förmågan."
