Na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani je elastokalorična raziskovalna skupina v sodelovanju med Laboratorijem za nelinearno mehaniko (LANEM) ter Laboratorijem za modeliranje elementov in konstrukcij (LAMEK) razvila nov pogonski sistem za elastokalorično hlajenje, ki pomembno izboljšuje energetsko učinkovitost in predstavlja pomemben korak k trajnostnim alternativam klasičnim hladilnim napravam. Rezultati raziskave so bili objavljeni v prestižni znanstveni reviji Nature Communications.
Raziskavo je vodila elastokalorična skupina Fakultete za strojništvo UL pod vodstvom doc. dr. Jake Tuška. Raziskovalci so razvili inovativni pogonski sistem za elastokalorične naprave, ki temelji na pristopu konstantnega navora in neposrednem izkoriščanju povračlivega mehanskega dela. Sistem uporablja štiri fazno zamaknjene elastokalorične elemente in posebej zasnovan cam-disc mehanizem, ki omogoča teoretnično konstantno obremenitev elektromotorja med delovanjem.
Elastokalorično hlajenje velja za eno najobetavnejših tehnologij hlajenja prihodnosti, saj omogoča hlajenje brez uporabe okolju škodljivih hladiv in bistveno višjo energijsko učinkovitostjo kot današnji parno-kompresorski sistemi. Eden ključnih izzivov pri razvoju tehnologije ostaja učinkovita kompaktna mehanska zasnova pogonskih sistemov, ki morajo zagotavljati velike sile ob hkratni nizki porabi energije.
Raziskovalci Fakultete za strojništvo UL so v objavljeni raziskavi 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 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).
Slika 1: Prototip inovativnega pogonskega sistema za elastokalorično hlajenje s konstantnim navorom in povračanjem mehanskega dela.
Slika 2: Raziskovalna ekipa Fakultete za strojništvo UL (z leve proti desni): doc. dr. Simon Krašna, dr. Stefano Dall’Oli, doc. dr. Andrej Žerovnik, doc. dr. Jaka Tušek in dr. Žiga Ahčin.