Ta članek poroča o raziskavi in razvoju hladilne naprave z aktivnimi elektrokaloričnim regeneratorjem (AER) na osnovi keramičnega materiala (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–xPbTiO3 (PMN-100xPT). Za namen študije je bil razvit 2D dinamičen numerični model AER-ja. Model omogoča raziskavo hladilnih karakteristik naprave z AER ob upoštevanjem vpliva histereze elektrokaloričnega materiala ter vpliva regeneracije električne energije povezane s procesom polarizacije/depolarizacije. Rezultati numeričnih analiz kažejo, da ima stopnja regeneracije električne energije velik vpliv na učinkovitost naprave. V primeru idealiziranega sistema za regeneracijo električne energije je lahko energijska učinkovitost (izražena s COP) naprave tudi do 10 krat večja. Validacija numeričnega modela je bila izvedena tekom zasnove, izdelave in eksperimentiranja na izboljšani AER hladilni napravi. Rezultati izkazujejo maksimalno specifično hladilno moč nove hladilne naprave 16W kg-1 ter maksimalni temperaturni razpon 3,1 K.
COBISS.SI-ID: 31863079
Izvedena je bila študija stabilnosti elektrokaloričnega (EC) učinka v večplastnih relaksorskih Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 elementih. Vzorec je bil podvržen million enopolnim ciklom pri amplitudi električnega polja 110 kV cm-1. Spremembe dielektričnih in feroelektričnih lastnosti materiala so majhne, medtem ko v mikrostrukturi ni vidnih škodljivih učinkov cikličnega obremenjevanja. Tekom cikličnega obremenjevanja se temperaturna sprememba EC velikosti 1,45 K izmerjena v začetni fazi zmanjša le za 0,01K, kar izkazuje obnašanje brez utrujanja. Rezultati opravičujejo izbiro večplastnih relaksorjev kot delovnih teles v EC hladilnih napravah, kjer naj bi material zdržal večje število ciklov sprememb električnega polja z visokimi amplitudami, včasih tudi več kot 100 kV cm-1.
COBISS.SI-ID: 30569511
Ta članek poroča o novem uporovnem viru elektromagnetnega polja z regeneracijo magnetne energije, kar omogoča uporabo statičnega magnetokaloričnega regeneratorja. Večina obstoječih prototipnih magnetokaloričnih naprav, ki delujejo blizu sobne temperature, uporabljajo permanentne magnete kot vir magnetnega polja. Spreminjanje magnetnega polja, ki je potrebno za termodinamični proces, je pogosto posledica rotacije magnetov preko hladilnega sredstva, kot je aktivni magnetokalorični regenerator (AMR). Tak sistem zahteva gibljive dele in motorni pogon, kar pa prinese dodatne stroške in zmanjšanje energijske učinkovitosti. Nadaljnje omejitve v obstoječih napravah predstavlja hitrost procesa magnetizacije/demagnetizacije, ki je ključna za učinkovitost prenosa toplote in kompaktnost naprave. Še ena pomanjkljivost je, da takojšnja sprememba magnetnega polja ni izvedljiva, ne glede na princip gibanja. Sestavi iz permanentnih magnetov na osnovi neodima so prav tako omejeni z uporabo tega redkega zemeljskega materiala. Posledično se številne globalne raziskovalne aktivnosti nanašajo na optimizacijo virov magnetnega polja na osnovi permanentnih magnetov. Omske izgube, aktivno hlajenje magnetov in precejšnja poraba energije so razlogi, da se drugemu tipu vira magnetnega polja, to je elektromagnet, v splošnem magnetokalorična skupnost izogiba. Ta članek predstavlja nov in edinstven pristop, ki omogoča bistveno izboljšanje energijske učinkovitosti in primerno delovanje statičnih virov elektromagnetnega polja brez redkih zemeljskih materialov s prvo izvedbo regeneracije magnetne energije za magnetno hlajenje in magnetne toplotne črpalke. Z namenom dokazati prednosti tovrstnega sistema, so bile izveden številne numerične simulacije kakor tudi eksperimentalni dokaz. Opravljena je bila primerjalna analiza ocene energijske učinkovitosti predlaganega novega sistema ter primera obstoječega sestava rotirajočega permanentnega magnetnega. Rezultati te študije razkrivajo, da ta novi tip vira elektormagnetnega polja zagotavlja številne pomembne prednosti, ki lahko vodijo do novih meja v raziskavah. Vendar pa je energijska učinkovitost še vedno nižja v primerjavi z primerljivimi sestavi iz rotirajočih permanentnih magnetov.
COBISS.SI-ID: 16410139
Pripravljeni so bili večplastni elektrokalorični (EC) hladilni elementi. Elementi so sestavljeni iz petih plasti feroelektričnega relaksorja 0.9Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.1PbTiO3 debeline okoli 60 µm ter notranjih elektrod iz platine in izkazujejo gosto, uniformno mikrostrukturo z velikostjo zrn 1,7 µm. Največja dosežena temperaturna sprememba ?TEC je bila 2,26 K pri električnem polju (E) 100 kV cm-1 in 105°C, izmerjena s kalorimetrom z visoko ločljivostjo. Ti rezultati se skladajo z indirektnimi meritvami. Dobljen EC koeficient (?TEC/?E) večplastnih elementov je podoben EC koeficientom debeloslojne keramik enake sestave. Vrednosti ?TEC nad 2 K tekom širokega temperaturnega območja od 75 do 105 °C naredi večplastne elemente primerne za EC hladilne naprave pri bistveno manjših napetostih v primerjavi z debeloslojnimi keramičnimi ploščami s primerljivimi dimenzijami in maso.
COBISS.SI-ID: 29796903