CaloriSMART testsystem lykkes med magnetokalorisk køling

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Ames -laboratorium har designet og bygget et avanceret modelsystem, der med succes bruger meget små mængder magnetokaloriske materialer til at opnå afkøling på køle -niveau. Udviklingen markerer et vigtigt skridt i skabelsen af ​​nye teknologier til udskiftning af 100-årig gaskomprimeringskøling med solid state-systemer op til 30 procent mere energieffektive.

Kaldet CaloriSMART-Small Modular Advanced Research-skala teststation-systemet blev designet specielt til hurtig evaluering af materialer i regeneratorer uden store investeringer i tid eller fremstilling. Den indledende test udsatte en prøve af gadolinium for sekventielle magnetfelter, får prøven til at skifte mellem opvarmning og nedkøling. Ved hjælp af præcist timede pumper til at cirkulere vand under disse opvarmnings- og afkølingscyklusser, systemet viste vedvarende køleeffekt på ca. 10 watt, med en gradient på 15 grader Celsius (lige under 30 ° F) mellem de varme og kolde ender ved kun at bruge cirka tre kubikcentimeter gadolinium.

"På trods af forudsigelser ville vi mislykkes på grund af forventede ineffektivitet og tab, vi troede altid, at det ville fungere, "sagde projektdirektør CaloriCool og videnskabsmand i Ames Laboratory Vitalij Pecharsky, "men vi blev glædeligt overrasket over, hvor godt det fungerede. Det er et bemærkelsesværdigt system, og det fungerer usædvanligt godt. Magnetisk køling nær stuetemperatur er blevet bredt undersøgt i 20 år, men dette er et af de bedste systemer, der er blevet udviklet. "

Pecharsky krediterede projektforsker Julie Slaughter og hendes team for at designe systemet, der tog cirka fem måneder at bygge. 3D-udskrivningsfunktioner blev brugt til at specialfremstille manifolden, der indeholder prøven og cirkulerer den væske, der rent faktisk udnytter systemets kølekraft. Systemet har også tilpassede neodym-jern-bor-magneter, der leverer et koncentreret 1,4 Tesla magnetfelt til prøven, og det præcise in-line pumpesystem, der cirkulerer væsken.

"Vi har kun brug for 2-5 kubikcentimeter prøvestof-i de fleste tilfælde omkring 15-25 gram, "Slagtning sagde." Vi sætter benchmark med gadolinium, og vi ved, at der er andre materialer, der vil fungere endnu bedre. Og vores system skal være skalerbart (til kommerciel køling) i fremtiden. "

"Men hovedårsagen til, at vi tænkte og byggede CaloriSMART, er at accelerere design og udvikling af kalorimaterialer, så de kan flyttes ind i produktionsrummet mindst to til tre gange hurtigere i forhold til de omkring 20 år, det typisk tager i dag, "tilføjede Pecharsky, som også er Anston Marston Distinguished Professor i Iowa State University Department of Materials Science and Engineering.

Magnetocaloric -testen er kun begyndelsen. Planen er at opgradere systemet til at arbejde med elastokaloriske materialer - der reversibelt opvarmes og køles ned, når de udsættes for cyklisk spænding eller kompression - og elektrokaloriske materialer - der gør

Den 3D-trykte manifold med en gadoliniumprøve. det samme, når det udsættes for skiftende elektrisk felt. Systemet vil endda fungere i en kombineret feltfunktion, der gør det muligt at bruge en kombination af teknikker samtidigt.

"Der er en håndfuld steder, der studerer elastokaloriske og elektrokaloriske materialer, "Sagde Pecharsky, "men ingen har alle tre på ét sted, og vores system giver os nu den mulighed."