idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instanz:
Teilen: 
11.10.2021 12:32

Eine Frage der Ausdauer: Fraunhofer IPM entwickelt langzeitstabiles elastokalorisches Kühlsystem

Holger Kock, Fraunhofer IPM Kommunikation
Fraunhofer-Gesellschaft

    Kalorische Kühlsysteme haben das Potenzial, sich zur umweltfreundlichen Alternative zu bisher gängigen, kompressorbasierten Kühlsystemen zu entwickeln. Bei elastokalorischen Systemen liegt die größte Herausforderung in der Langzeitstabilität des elastokalorischen Materials bei gleichzeitig hoher Leistungsdichte. Ein von Fraunhofer IPM im Fachmagazin Communications Physics präsentiertes System übertrifft die Langzeitstabilität bisheriger Systeme um Größenordnungen – und erreicht zugleich eine hohe spezifische Kühlleistung.

    Der weltweit steigende Bedarf an Kühltechnik wird bisher fast ausschließlich von kompressorbasierten Kühlsystemen gedeckt. Die meisten dieser Systeme arbeiten mit umweltschädlichen oder brennbaren Kältemitteln. Kalorische Kühlsysteme bieten eine vielversprechende, umweltfreundliche Alternative. In elastokalorischen Systemen erwärmt sich das elastokalorische Material bei mechanischer Belastung und die Wärme kann abgeführt werden. Bei anschließender Entlastung kühlt das Material unter die Ausgangstemperatur ab – so lässt sich ein Kühlzyklus realisieren.

    Geringerer Verschleiß dank Druckbelastung

    Die meisten elastokalorischen Systeme arbeiten mit Zugbelastung: Dies erlaubt ein großes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis und damit verbunden einen guten Wärmetransport. Allerdings verschleißt das Material durch die Zugbelastung vergleichsweise schnell. Wird die Belastung durch Druck erzeugt, weisen die Materialien eine höhere Langzeitstabilität auf – jedoch auch ein ungünstiges Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen. Dadurch kann die Wärme schlechter übertragen werden.

    Latenter Wärmeübergang für hohe Systemeffizienz

    Mit einem innovativen, patentierten Ansatz ist es Fraunhofer IPM nun gelungen, dieses Dilemma zu lösen: Erfolgt der Wärmeübergang latent über das Verdampfen und Kondensieren eines Fluids wie in einer Heatpipe, ist dieser um Größenordnungen höher als bei vergleichbaren Systemen mit anderen Wärmeübergangsmechanismen. »Mit unserem Aufbau konnten wir zwei Erfolgsfaktoren verbinden«, sagt Nora Bachmann, die das System mitentwickelt hat. »Das Konzept ermöglicht eine geringere Materialermüdung durch die Druckbelastung bei gleichzeitig hoher spezifischer Kühlleistung dank des effizienten Wärmeübertrags.« Das Demonstratorsystem erreicht eine Langzeitstabilität von 10 Millionen Zyklen bei einer Kühlleistung von 6270 W/kg des eingesetzten kalorischen Materials. Damit übertrifft das Konzept die Werte bisheriger Systeme bei Weitem. Die Ergebnisse wurden nun im Journal »Communications Physics« veröffentlicht. Im nächsten Schritt wollen die Forschenden die Temperaturspanne des Kühlsystems steigern. Hierfür wird aktuell ein mehrstufiges System entwickelt.


    Originalpublikation:

    https://doi.org/10.1038/s42005-021-00697-y


    Weitere Informationen:

    http://www.ipm.fraunhofer.de


    Bilder

    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
    Energie, Physik / Astronomie, Umwelt / Ökologie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


     

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).