28.05.2014 | Strokovne konference

Predstavitev na konferenci BIONIKA V INDUSTRIJI “od navdiha v naravi do tehnične rešitve”

V dneh 21. in 22. maja je v Dominikanskem samostanu na Ptuju potekala konferenca z naslovom Bionika v industriji »od navdiha v naravi do tehnične rešitve«. Na konferenci smo predstavili naš pristop k iskanju optimalne kanalske strukture roll-bond toplotnih prenosnikov za različne aplikacije.

Cilj vseh toplotnih prenosnikov je doseganje učinkovitega prenosa toplote in mase z optimizirano hidravliko za nizek tlačni padec. Če se poglobimo v nekatere stvaritve narave, ki temeljijo na milijonih let evolucije, lahko najdemo kar nekaj primerov, pri katerih za podoben namen že obstajajo rešitve. Krvne žile so na primer na poseben način močno razvejane v področjih blizu površine kože, kjer je potreben učinkovit prenos toplote v okolje. Poleg tega mora biti zagotovljen enakomeren pretok vseh snovi, potrebnih za celice, da so oskrbovani vsi deli organizma. Vsi takšni in podobni naravni sistemi so zasnovani za zmanjšanje izgub energije v omrežju in za povečanje površine stika z viri iz okolja.
 
Tudi pri roll-bond toplotnih prenosnikih je eden od načinov zmanjšanja toplotnih izgub v okolje iskanje kanalske strukture, ki teži k prej opisanim ciljem. Ker pri načrtovanju kanalskih sistemov roll-bond prenosnikov skorajda ni omejitev, smo zasnovali kanale v obliki harfe. To omogoča minimalne razdalje med pretočnimi kanali. S tem smo dosegli podoben učinek, kot ga doseže razvejanost krvnih žil v vmesni plasti pod površino kože, in sicer čim nižjo temperaturno razliko med tekočino in tkivom oziroma – v našem primeru – med tekočino in aluminijem. Pri roll-bond toplotnih prenosnikih se s tem zmanjšajo toplotne izgube v okolico in posledično poveča izkoristek, obenem pa takšna struktura omogoča manjši upor medija.
 
Ob zasnovi v obliki harfe pa se pojavi problem neenakomernosti pretoka tekočine skozi pretočne kanale, to pa povzroči poslabšanje učinkovitosti toplotnega prenosnika. Zato smo optimizirali širine posameznega pretočnega kanala, s čimer smo vplivali na hidravlični upor kanala in tako dosegli enakomernost pretoka. Optimizirali in preverjali smo tudi druge oblike kanalov ter parametre, ki vplivajo na učinkovitost in tlačni upor. Tehnologija roll-bond, ki ponuja izdelke, pri katerih so kanali integrirani v ploščo – podobno kot so na primer žile vključene v liste –, prispeva k učinkovitejšemu prenosu toplote iz aluminija na tekočino, kot to dosežejo običajni prenosniki, kjer so cevi zvarjene ali spajkane na ploščo. V primerjavi s slednjimi pričakujemo izboljšanje toplotne učinkovitosti za 10 do 15 odstotkov in tudi pomembno znižanje tlačnega padca.
 
Poleg hladilne tehnike, v kateri so roll-bond izdelki najpogosteje uporabljeni, obstajajo tudi druge aplikacije, v katerih je mogoče izkoristiti prednosti takšnih toplotnih prenosnikov. Čeprav je treba v določenih primerih kanale oblikovati tako, da izpolnjujejo druge pomembnejše zahteve, na primer da se doseže enakomerna temperatura celotne hladilne površine, osnovna načela in izzivi ostanejo enaki. Tako imenovane alternativne aplikacije so na primer: hlajenje baterij za električna vozila, absorberji za ploščate sprejemnike sončne energije, absorberji za vakuumske cevne sprejemnike sončne energije, hladilne plošče za hibridne fotonapetostne – termalne panele, kondenzatorji za toplotne črpalke, hitri hladilniki za pijače itd. V vseh primerih nas lahko rešitve iz narave usmerjajo pri optimizaciji in reševanju določenih inženirskih izzivov.

Slika iz dogodka (Fotografija: Aleksandra Jelušič)

Slika iz dogodka (Fotografija: Aleksandra Jelušič)