Sökande KTH, Kungliga Tekniska Högskolan

Transkript

1 ANSÖKAN OM FORSKNINGSSTÖD Datum Dnr 1 (7) Projektnr Sökande Företag/organisation Organisationsnummer KTH, Kungliga Tekniska Högskolan Institution/avdelning Postgiro/Bankgiro/Bankkonto Energiteknik, Avd. Tillämpad Termodynamik och Kylteknik PG: , BG: Postadress Brinellvägen 68 Postnummer Ort Länskod Kommunkod Land Stockholm Sverige Projektledare (förnamn, efternamn) Prof. Björn Palm Telefon E-postadress bpalm@energy.kth.se Eventuell medsökande (ange organisation) Joachim Claesson, KTH Fax Webbplats Projektet Ansökan avser nytt projekt Projekttitel (på svenska) Fortsättning på tidigare projekt, ange projektnummer: Magnetokaloriska kyl- och värmepumpprocesser i vitvaror, värmepumpar och luftkonditioneringsanläggningar. Projekttitel (på engelska) Magnetocaloric heat pumping technology in home appliances, heat pumps and air conditioners Sammanfattning (på svenska). Sammanfattningen skall omfatta max 250 ord och skall skrivas både på svenska och på engelska. Sammanfattningen skall skrivas så att den i ämnet oinvigde med lätthet förstår projektets innehåll och syfte. Sammanfattning på engelska enligt ovan (max 250 ord). Enskilt projekt Forskningsprogram, ange vilket: EFFSYS+ STEM038 ver.n-1.1, Sekretariatet EFFSYS+ Institutionen för Energiteknik Avdelningen Tillämpad termodynamik och kylteknik Kungliga Tekniska Högskolan Stockholm Besöksadress Brinellvägen 68 Telefax E-post Effsysplus@energy.kth.se

2 2 (7) Datum för projektstart Totalt sökt belopp SEK Tidpunkt då projektet beräknas vara genomfört

3 3 (7) Motivering; Energi-/miljö-/näringslivsrelevans, max 250 ord. Ange koppling till resultat från tidigare genomfört program eller projekt. CFC och HCFC har idag av miljöskäl ersatts av HFC som köldmedium i små och medelstora kyl- och värmepumpsystem. För närvarande diskuteras begränsningar av HFC-användningen inom EU av samma skäl. Flera EU-projekt med syfte att utveckla tekniken för naturliga köldmedier pågår eller har avslutats de senaste tio åren. Ett helt annat sätt att minska utsläppen av köldmedier med hög växthuseffekt är att utnyttja andra kylprocesser än ångkompressionscykeln. Magnetiska processer har under de senaste åren visats kunna vara ett möjligt alternativ. Förutom att dessa processer inte använder klassiska köldmedier så har det visats att energieffektiviteten kan ökas med 20% med denna teknologi jämfört med traditionell kylteknik. Dessa fördelar kan tänkas uppväga de högre kostnader som idag är förknippade med teknologin, speciellt i en framtid med högre energipriser och växande myndighetskrav på energieffektivitet. Därmed kan magnetiska processer komma att användas även i konsumentprodukter, Det kan nämnas att en grupp ledande forskare och tekniker från hela världen har bildat en arbetsgrupp för att lyfta fram magnetisk kyla och peka på dess användbarhet som en miljövänlig och energieffektiv kylprocess i kommersiella produkter, IIRs (International Institute of Refrigeration) Working Party on Magnetic Refrigeration. Arbetsgruppen skapades för flera år sedan och höll sin första internationella konferens år 2005, First International Conference on Magnetic Refrigeration at Room Temperature (Thermag I, 2005). Då tekniken utvecklas snabbt är det viktigt även för svensk industri att delta i utvecklingen för att därigenom kunna komma ut på marknaden med nya produkter i ett tidigt skede. Bakgrund; vad har gjorts tidigare?, vad är nytt i detta projekt?, forskargruppens verksamhet?, samarbeten? etc, max 1 A4-sida Magnetiska kylprocesser har använts länge, men då mest för att nå mycket låga temperaturer. Redan 1976 visade dock Brown att det var möjligt att använda den magnetokaloriska effekten för att åstadkomma en märkbar kyleffekt även nära rumstemperatur. Ungefär 15 år senare byggde Green m.fl. en apparat som kunde kyla en last, inte bara materialet självt och köldbäraren. Ett genombrott gjordes dock 1997 då Ames Laboratory/Astronautics demonstrerade att ett kylskåp baserat på denna effekt kunde konkurrera med ångkompressionsprocessen. Sedan dess har mer än 25 olika magnetiska kylmaskiner byggts och testats över hela världen. Till dessa kommer maskiner som inte visats upp offentligt på grund av att de är under utveckling av kommersiella företag. Flera multinationella företag med stor forskningsbudget har redan ingått allianser med tillverkare av konsumentprodukter för att utveckla produkter baserade på denna teknologi. De många olika typer av magnetokaloriska kylmaskiner som finns beskrivna i litteraturen visar att effekten kan utnyttjas på olika sätt. Figuren nedan visar utvecklingen av antalet patent per år inom området. Den starka utvecklingen under de senaste tio åren är mycket påtaglig. Detta är en följd av den ökade utvecklingsaktiviteten. Magnetokaloriska prototyper har nu byggts som hävdas ha ungefär 50% högre energieffektivitet än

4 4 (7) traditionella kylskåp. Sådana prototyper utvärderas just nu av olika kommersiella intressenter i vitvarubranschen. En sådan prototyp kommer också att ställas ut på olympiaden i London år Det förväntas att för kylskåp och frysar är potentialen för energibesparing %. Trots detta tyngs teknologin, som den ser ut idag, av ett antal allvarliga tekniska svagheter, men ingen av dessa är av sådan art att de verkar omöjliga att finna lösningar för. De vaga kostnadsuppskattningar som gjorts antyder att teknologin kan komma att bli kommersiell inom överskådlig tid. Det bör poängteras att utvecklingen inom materialtekniken, som gett bättre magnetokaloriska material, varit en förutsättning för den snabba utvecklingen. Materialutveckling kommer dock inte att vara ett fokusområde i det nu föreslagna projektet. I stället kommer utformningen av det system som krävs för att utnyttja effekten att ligga i fokus. Sammansättningen av projektets deltagare bedöms ge mycket goda möjligheter för att uppnå värdefulla resultat för intressenterna och svensk industri. - Avdelningen för tillämpad termodynamik och kylteknik besitter mycket värdefulla och djupa kunskaper inom värmeöverföringsområdet. Detta inte minst inom värmeöverföring i smala kanaler, vilket är en mycket viktig del för effektiviteten i den magnetocaloriska tekniken. - Electrolux är en världsledande producent av hushållsmaskiner; inkluderande kylskåp, värmepumpar och luftkonditioneringsaggregat och besitter djup kunskap om värmpumpande maskiner och dess integration in i produkter. Electrolux utvärderar kontinuerligt nya värmepumpande tekniker med potential att förbättra energieffektivitet, minska miljöpåverkan eller förbättra kundnyttan i något avseende. - Electrolux har sammarbete med världsledande tillverkare av magnetokaloriska material såväl som producenter av magnetokaloriska kylmaskiner. Detta sammarbete kommer att ge projektet unik tillgång till tester och utvärdering av kylmaskiner och tekniker som ännu inte finns tillgängliga på marknaden. Mål; Ange enkla, tydliga och mätbara mål i exempelvis kwh, max 250 ord. - Bygga, testa och utvärdera minst en prototyp av en konsumentprodukt innehållande en magnetokalorisk kylmaskin. Målsättningen är kunna visa på 20% lägre energiförbrukning än för motsvarande maskin med konventionell teknik. Kärnan till prototypen kommer att tillhandahållas av en industripartner som Electrolux samarbetar med. Resultaten kommer att redovisas i två vetenskapliga publikationer. - Utveckla en simuleringsmodell för den magnetokaloriska maskinen, inkluderande värmeväxlare och förluster vid värmeövergång och vid kanalflöde. Resultaten förväntas redovisas i två vetenskapliga publikationer. - Genomföra en litteraturstudie redovisande aktuellt kunnande rörande magnetokaloriska processer och deras tillämpningar, samt svagheter och styrkor för denna teknologi vid användning i olika typer av vitvaror, värmepumpar och luftkonditioneringsanläggningar. Litteraturstudien används som underlag för en vetenskaplig artikel. - Uppbyggnad av magnetokalorisk expertis i Sverige och på Electrolux..

5 5 (7) Genomförande, max 250 ord. Projektet kommer att huvudsaklingen genomföras enligt följande: 2011: Anställning av doktorand, inledande litteraturstudie, uppbyggnad av testrigg/prototyp 2012: Parallellt arbete med modellering av processen, modell 1, och test av prototyp. Publikation 1: Testresultat, Publikation 2: Redovisning av modell : Vidare utveckling av datormodellen, modell 2, Ombyggnad/förbättring av prototyp, förnyade prov. Publikation 3: Fördjupad modell, Publikation 4: Resultat av förnyade prov. 2014: Sammanfattning av litteraturstudier i publikation, avhandlingsarbete. Publikation 5: State of the art-artikel. Avhandling påbörjad.

6 6 (7) Kostnader Projektets totala kostnad Projektets totala kostnader per år % av heltid KALENDERÅR Lönekostnader Laboratoriekostnad Datorkostnad Utrustning Material Resor Övriga kostnader 0 Ev förvaltningskostnader SUMMA Finansiering inkl. samfinansiärer Andel i kronor och procent av projektets totala kostnader/år FINANSIÄR År 2011 År 2012 År 2013 År 2014 År Total (%) Energimyndigheten Electrolux SUMMA Detta projekt är i sin helhet i vissa delar lika med ansökan till annan myndighet, ange vilken: Sökt stöd för dyr utrustning (Vetenskapsrådet, Wallenbergsstiftelsen e.d.) Gäller endast högskola. Övriga samarbetspartners (ange organisation och namn) Ansökan avser projekt med speciellt stor kontant motfinansiering. Av Electrolux bidrag kommer 2 Mkr att utgöras av kontanta medel. Resultatredovisning (ange här om resultatet kommer att redovisas på något ytterligare sätt än det obligatoriska, se information). Delresultat kommer att presenteras för Effsys halvårsvis. Dessutom kommer resultaten att presenteras i minst fyra artiklar i vetenskapliga tidskrifter, vid två internationella vetenskapliga konferenser och i en doktorsavhandling. Resultaten kommer också att presenteras i svensk fackpress.

7 7 (7) Bilagor Gantt-schema Övriga bilagor Inga övriga bilagor Datum Datum 16 januari januari 2011 Behörig firmatecknares (prefekt motsv.) underskrift Projektledarens underskrift Namnförtydligande, titel och telefon Professor Björn Palm Namnförtydligande och titel Professor Björn Palm