I næsten 100 år har ingeniører udviklet den såkaldte ejector ud fra de samme grundprincipper. Nu har forskere ved Syddansk Universitet taget et skridt, som kan ændre den måde, teknologien udvikles på. Teknologien ligger måske lidt uden for elektronikfokus.dk’s normale interesseområde, men kan få stor betydning for eksempelvis køling af datacentre og lignede termiske applikationer.
Ved at kombinere den klassiske ejector med en specialdesignet enhed, der afbøjer væske- eller gasstrømmen – en såkaldt jet deflection unit – har forskerne udviklet JETJECTOR. Det nye design kan både øge komponentens effektivitet og tilføre en helt ny egenskab, som klassiske ejectorer ikke er udviklet til at styre. De første laboratorieresultater viser forbedringer i ejectorens effektivitet på mellem 2,2 og 12,3 procent afhængigt af designet.
– Vi skaber ikke mere energi. Vi finder smartere måder at udnytte den energi, der allerede findes i systemerne. Hvis millioner af termiske energisystemer bliver bare en smule mere effektive, kan den samlede gevinst blive betydelig, siger Baris Burak Kanbur, adjunkt ved SDU Mechanical Engineering.
Giver ingeniører en ny mulighed
Selvom de færreste har hørt om en ejector, indgår teknologien allerede i dag i blandt andet varme- og kølesystemer og en lang række industrielle processer. Her udnytter komponenten trykforskelle til at flytte væsker og gasser uden tilførsel af mekanisk eller elektrisk energi. Hidtil har ingeniører optimeret ejectorer ud fra to centrale egenskaber: hvor meget trykket kan øges, og hvor meget væske eller gas komponenten kan transportere.
Jetjector tilfører en tredje mulighed:
Forskerne har udviklet et design, der gør det muligt aktivt at påvirke forholdet mellem væske og damp inde i komponenten. Det åbner for en ny måde at optimere termiske energisystemer på og kan få betydning i en lang række teknologier, hvor faseændringer spiller en central rolle.
– Vi forbedrer ikke bare en eksisterende komponent. Vi udvider selve måden, man kan designe ejectorer på. Det giver ingeniører en ny parameter at arbejde med, når de udvikler fremtidens termiske energisystemer, siger Baris Burak Kanbur.
Opstod under et andet forskningsprojekt
Idéen opstod, mens forskerne arbejdede med at forstå og videreudvikle et nyt koncept for en fluid oscillator drevet af flerfasestrømning. Under arbejdet bemærkede Baris Burak Kanbur noget uventet. Under bestemte design- og driftsforhold var tryktabet gennem komponenten langt mindre end forventet. Det førte forskningen i en ny retning: Kunne den samme strømningsmekanisme udnyttes i en to-fase-ejector?
Baris Burak Kanbur gjorde den oprindelige observation, mens forskningsassistent Søren Schøler Sundall efterfølgende stod i spidsen for arbejdet med at udvikle og afprøve en række forskellige geometrier gennem avancerede simuleringer og laboratorieforsøg.
Først efter adskillige forsøg fandt de et design, der fungerede. Søren Schøler Sundall spillede samtidig en central rolle i udviklingen af den laboratorieopstilling, som gjorde det muligt for forskerne at demonstrere konceptet.
– Vi blev overraskede over, at det virkede. Vores første mål var egentlig bare at undersøge idéen. Da resultaterne viste, at vi kunne bevare ejectorens normale ydeevne og samtidig tilføre en helt ny funktion, vidste vi, at vi havde fat i noget interessant, siger Baris Burak Kanbur.
Fra laboratoriet til fremtidens energisystemer
Indtil videre er teknologien testet med vand og vanddamp i computersimuleringer og laboratorieforsøg. Næste skridt bliver at undersøge, hvordan teknologien fungerer med kølemidler med lavt globalt opvarmningspotentiale, som anvendes i moderne varme- og kølesystemer. Samtidigt skal forskerne undersøge de grundlæggende fysiske mekanismer nærmere, så komponenten på sigt kan skræddersys til forskellige anvendelser.
Potentialet rækker langt ud over ejectorens eksisterende anvendelsesområder. Forskerne ser blandt andet muligheder inden for datacenterkøling, industrielle køleprocesser, afsaltning af havvand og andre termiske energisystemer, hvor selv små forbedringer i energieffektiviteten kan få stor betydning.
Proof of Concept banede vejen
Projektet er støttet af SDU RIO’s Proof of Concept-program, som hjælper lovende forskningsidéer fra laboratoriet videre mod praktisk anvendelse. Bevillingen har gjort det muligt at udvikle og teste den første laboratorieprototype, dokumentere at konceptet virker og skabe grundlaget for større forskningsansøgninger. Arbejdet er gennemført af Baris Burak Kanbur og forskningsassistent Søren Schøler Sundall.
Målet er nu at opnå ekstern finansiering, så teknologien kan undersøges i større skala og bringes et skridt tættere på industriel anvendelse.
