Steigerung der Systemperformance eines elastokalorischen Kühlsystems

Der Bedarf an Kühltechnik wächst weltweit und wird überwiegend durch kompressorbasierte Kühlsysteme gedeckt. Eine umweltfreundliche Alternative sind elastokalorische Kühlsysteme, die ohne schädliche Kältemittel auskommen. Dabei wird eine spannungsinduzierte Gefügeumwandlung in elastokalorischen Materialien für den Wärmetransport im Kühlsystem genutzt. Die meisten bekannten Prototypen nutzen Zugspannung und filigrane Materialstrukturen, um den Wärmeübergang zu optimieren.
In der hier vorgestellten Aktiven Elastokalorischen Heatpipe (AEH) wird die Gefügeumwandlung durch Druckspannung induziert. Um den schlechteren Wärmetransport aufgrund der dickeren Materialquerschnitte zu kompensieren, wird die Wärme latent durch Verdampfen und Kondensieren eines Fluids übertragen. Mit der AEH konnte erstmals eine Langzeitstabilität des Materials von mehr als 10⁷ Zyklen in einem elastokalorischen Kühlsystem gezeigt werden.
Eine weitere Herausforderung in der Elastokalorik stellt die dissipative Erwärmung aufgrund der Materialhysterese dar. In der AEH wird durch zusätzliches Fluid auf dem Material die dissipative Wärme abgeführt. So konnte die spezifische Kühlleistung von 2 W/g auf 14 W/g gesteigert werden. Die AEH wurde mit einer Simulation nachgebildet. Dabei wurde das Materialverhalten mit einem thermodynamisch konsistenten Modell abgebildet. Die Simulation ermöglicht es die Effizienz der AEH und auftretenden Verluste zu identifizieren und bewerten.