05. března 2021 08:36

Na VUT vyvíjejí novou generaci chladičů. První prototyp už otestovali v autě

Chladičů do automobilů se jen v Evropě vyrobí desítky milionů kusů ročně. Obvykle bývají z kovu, odborníci z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně ale už několik let pracují na vývoji zcela nového typu chladiče z dutých polymerních vláken. Prototyp první generace už vyzkoušeli v autě, nový typ výměníku by ale mohl najít uplatnění i v klimatizačních jednotkách, při chlazení baterií nebo na místech, kde kovových chladič není vhodný, například kvůli korozi.

Výzkumnice Tereza Kroulíková s novým typem chladiče (foto: Jan Prokopius)

Na první pohled vypadá jako běžný chladič. Ve skutečnosti jde o zcela novou generaci tepelných výměníků, na nichž na strojní fakultě VUT pracují od roku 2007. Výměník tvoří síť dutých polymerních vláken protkaná vláknem z textilu, aby polymer držel, kde má, a mohl kolem něj proudit vzduch. „Vlákna mají vnější průměr kolem 1 milimetru. Lze vyrobit vlákno až o průměru 0,4 milimetru, ale ačkoliv menší vlákna lépe přenášejí teplo, mají zase jiné limity, takže je nutné hledat zlatou střední cestu,“ vysvětluje Tereza Kroulíková, která na výzkumu pracuje.

Materiál z dutých polymerních vláken (foto: Jan Prokopius)

Odborníci z Laboratoře přenosu tepla a proudění se na začátku vývoje inspirovali nápadem ze zahraničí, totiž využít polymerů k tepelné výměně. Protože ale polymery samy o sobě teplo příliš dobře nevedou, přidává se do nich uhlík, nebo se používají ve formě dutých vláken s co nejtenčí stěnou. Podnět k vývoji těchto chladičů přišel z průmyslu. „Kovový chladič nemůžete dát například do chemicky aktivního prostředí, protože velmi rychle koroduje, zatímco mnohé plasty odolávají lépe. Další výhodou je nižší hmotnost polymerního výměníku. A taky fakt, že plasty jsou levnější, snadněji obrobitelné a k výrobě by se dalo využít i recyklovaných plastů, což snižuje ekologickou zátěž,“ popisuje Kroulíková.

Ve svém výzkumu skupina pod vedením Terezy Kůdelové řeší, jak tepelný výměník využít pro automobilový průmysl. Mají za sebou první zkušební jízdu autem, kde byl výměník z polymerních vláken instalován místo klasického chladiče. Zvenku jej chladil vzduch, uvnitř cirkulovala směs vody a nemrznoucí kapaliny, která se v autech běžně používá. „Je to takzvaný prototyp první generace, který teď budeme testovat ještě na zkušebně. V dalších dvou letech by měl vzniknout i vylepšený prototyp druhé generace, a když to dobře půjde, měly by nás čekat i zkoušky s autem na okruhu,“ věří Kroulíková.

Na vývoji spolupracují i firmy

Strojaři z Brna nejsou na vývoj nových chladičů sami. Na výrobě prototypů spolupracují s Technickou univerzitou v Liberci, která umí z polymerních vláken utkat teplosměnnou plochu. Ve vývoji jsou zapojeny také tři firmy z oblasti automobilového průmyslu a zpracovaní plastů.

Prototyp chladiče už má za sebou test v autě (foto: Jan Prokopius)

Výzkumníci nyní řeší, jak si poradit s některými limity nové technologie. Jedním z nich je, jak by se současná poměrně složitá experimentální výroba mohla stát jednodušší, případně i sériovou. Kromě vývoje automobilového chladiče se zajímají i o další využití v automobilovém průmyslu. „Potenciál je v klimatizačních jednotkách, chlazení elektroniky nebo třeba baterií, což je aktuální otázka například v případě elektromobilů. Náš materiál má tu výhodu, že je nevodivý, takže není potřeba žádná dodatečná izolace, výměník je izolant sám o sobě,“ uzavírá Kroulíková a doufá, že by nový typ tepelných výměníků mohl najít široké využití v praxi.

Vývoj je podpořen z projektu TA ČR Epsilon.

Autor: Iveta Hovorková

www.fme.vutbr.cz