Numerosas misiones espaciales futuras de la NASA involucrarán sistemas complejos que deben mantener temperaturas específicas para operar. Los sistemas de energía de fisión nuclear y las bombas de calor de compresión de vapor que se espera que se utilicen para apoyar las misiones a la Luna y Marte requerirán capacidades avanzadas de transferencia de calor.
Un equipo de investigación patrocinado por la NASA está desarrollando una nueva tecnología que "no solo logrará una mejora de órdenes de magnitud en la transferencia de calor para permitir que estos sistemas mantengan las temperaturas adecuadas en el espacio, sino que también permitirá reducciones significativas en el tamaño y el peso del hardware". ."
Eso ciertamente suena como algo que podría ser útil para las estaciones de carga de CC de alta potencia.
Un equipo dirigido por el profesor de la Universidad de Purdue, Issam Mudawar, ha desarrollado el Experimento de condensación y ebullición de flujo (FBCE) para permitir que se realicen experimentos de transferencia de calor y flujo de fluidos en dos fases en el entorno de microgravedad en la Estación Espacial Internacional.
Como explica la NASA: "El módulo de ebullición de flujo del FBCE incluye dispositivos generadores de calor montados a lo largo de las paredes de un canal de flujo en el que se suministra refrigerante en estado líquido. A medida que estos dispositivos se calientan, la temperatura del líquido en el canal aumenta y, finalmente, el líquido adyacente a las paredes comienza a hervir. El líquido en ebullición forma pequeñas burbujas en las paredes que salen de las paredes a alta frecuencia, extrayendo constantemente líquido desde la región interior del canal hacia las paredes del canal. Este proceso transfiere calor de manera eficiente aprovechando tanto la temperatura más baja del líquido como el consiguiente cambio de fase de líquido a vapor. Este proceso mejora mucho cuando el líquido suministrado al canal está en un estado subenfriado (es decir, muy por debajo del punto de ebullición). Esta nueva ebullición de flujo subenfriado. La técnica da como resultado una eficacia de transferencia de calor muy mejorada en comparación con otros enfoques".
FBCE se entregó a la ISS en agosto de 2021 y comenzó a proporcionar datos de ebullición de flujo de microgravedad a principios de 2022.
Recientemente, el equipo de Mudawar aplicó los principios aprendidos de FBCE al proceso de carga de vehículos eléctricos. Usando esta nueva tecnología, el refrigerante líquido dieléctrico (no conductor) se bombea a través del cable de carga, donde captura el calor generado por el conductor de corriente. La ebullición de flujo subenfriado permitió que el equipo eliminara hasta 24,22 kW de calor. El equipo dice que su sistema de carga puede proporcionar una corriente de hasta 2400 amperios.
Eso es un orden de magnitud más potente que los 350 o 400 kW que pueden reunir los cargadores CCS más potentes de la actualidad para turismos. Si el sistema de carga inspirado en FBCE se puede demostrar a escala comercial, estará en la misma clase que el sistema de carga Megawatt, que es el estándar de carga EV más poderoso desarrollado hasta ahora (que sepamos). MCS está diseñado para una corriente máxima de 3000 amperios a 1250 V, un potencial de 3750 kW (3,75 MW) de potencia máxima. En una demostración en junio, un prototipo de cargador MCS produjo más de un MW.
Antes de que los coches eléctricos puedan ser ampliamente utilizados, se deben superar ciertos desafíos. Primero, se debe implementar una red de estaciones de carga a lo largo de las autopistas y carreteras para permitir la carga de vehículos eléctricos. En segundo lugar, debe reducirse el tiempo necesario para cargar un vehículo. Actualmente, los tiempos de carga varían ampliamente, desde 20 minutos en una estación junto a una carretera hasta horas usando una estación de carga en el hogar. Los largos tiempos de carga y la ubicación del cargador se mencionan como las principales preocupaciones de las personas que están considerando la posibilidad de adquirir un vehículo eléctrico.
Un sistema de carga de vehículos eléctricos contiene un cable de carga que termina en un enchufe que se inserta en la entrada de carga del vehículo. La corriente eléctrica suministrada a través del cable de carga se envía a la batería del interior del vehículo, que alimenta el motor eléctrico del vehículo. El paso de la corriente eléctrica a través de cualquier conductor da como resultado una cantidad finita de generación de calor, y cuanto mayor sea la corriente, mayor será el calor generado. El conductor de una estación de carga generalmente consta de un haz de cables y, debido a los límites de temperatura, los cables de carga para sistemas convencionales de "carga rápida" de 350 amperios requieren conductores de tamaño considerable, lo que hace que el cable de carga sea bastante pesado e inconveniente para que los clientes lo maniobren.
Reducir el tiempo de carga de los vehículos eléctricos a cinco minutos (un objetivo de la industria) requerirá que los sistemas de carga proporcionen una corriente de 1400 amperios. Actualmente, los cargadores avanzados solo entregan corrientes de hasta 520 amperios, y la mayoría de los cargadores disponibles para los consumidores admiten corrientes de menos de 150 amperios. Sin embargo, los sistemas de carga que proporcionan 1400 amperios generarán mucho más calor que los sistemas actuales y requerirán métodos mejorados para controlar la temperatura.
Recientemente, el equipo de Mudawar aplicó los principios de "ebullición de flujo subenfriado" aprendidos de los experimentos FBCE de la NASA al proceso de carga de vehículos eléctricos. Usando esta nueva tecnología, el refrigerante líquido dieléctrico (no conductor de electricidad) se bombea a través del cable de carga, donde captura el calor generado por el conductor de corriente. La ebullición de flujo subenfriado permite que el equipo de Mudawar entregue 4,6 veces la corriente de los cargadores de vehículos eléctricos más rápidos disponibles en el mercado actual mediante la eliminación de hasta 24,22 kilovatios de calor. El cable de carga de Purdue puede proporcionar 2400 amperios, mucho más que los 1400 amperios necesarios para reducir el tiempo necesario para cargar un automóvil eléctrico a cinco minutos. Via evannex y NASA
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