Elastokalorik – Entspannung ist cool
Es gibt immer wieder neue Dinge zu entdecken. Oder wussten Sie schon, dass man mit Luftballons kühlen kann (https://t1p.de/KKA3-24IPM)? Dehnt man nämlich das Material, wird es warm. Hält man den gespannten Zustand aufrecht, kühlt es sich durch Wärmeabgabe an die Umgebung ab. Beim Entspannen sinkt die Temperatur jedoch unter die Ausgangstemperatur und das Material kann Wärme aus der Umgebung aufnehmen. Baut man eine Art Rotationswärmeübertrager, kann man so in einer Zone immer Wärme abgeben und in einer anderen Wärme aufnehmen, diesen Bereich also kontinuierlich kühlen.
Bei der technischen Umsetzung werden freilich keine Luftballons verwendet, sondern Drähte aus Nickel-Titan, ein sogenanntes Formgedächtnismaterial. Solche superelastischen Legierungen werden bereits vielfach eingesetzt. Ihren Ursprung haben sie in der Medizintechnik und werden dort beispielsweise als Stents genutzt, da das Material Deformationen über viele Millionen Zyklen aufnehmen kann, ohne eine bleibende Verformung zurückzulassen.
Im Falle der Elastokalorik interessiert man sich jedoch für eine weitere Eigenschaft dieser Materialien: Bei einer mechanischen Verformung kommt es im Inneren des Materials zu einer Phasenumwandlung von einer kristallographischen Phase in die andere. Dabei ändert sich auch der Energieinhalt des Materials und es wird Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Bei der Entlastung und der damit verbundenen Phasenumwandlung in umgekehrter Richtung wird Energie benötigt, die das Material aus der Umgebung bezieht. Temperaturunterschiede von bis zu 40 Grad sind dabei möglich!
Entsprechende Maschinenkonzepte werden von verschieden Forschungseinrichtungen bereits untersucht und entwickelt. So hat die Universität des Saarlandes, eine Hochburg der Elastokalorik-Forschung, im Rahmen eines Schwerpunktprogramms der deutschen Forschungsgesellschaft den weltweit ersten kontinuierlich arbeitenden Luft-Luft-Demonstrator gebaut. Dabei werden keine einzelnen Drähte, sondern Draht-Bündel verwendet, um die Masse des eingesetzten Materials und damit die Wärmemenge zu erhöhen. Weitere Informationen finden Sie z.B. in diesem Video des iMSL: https://t1p.de/KKA3-24iMSL. Der Demonstrator erreicht, so wird in besagtem Video berichtet, ein COP von 10 und ist damit weit effizienter als die heute üblichen Kühlprozesse.
Unser Cartoonist hat sich auf Seite 10 übrigens auch Gedanken zu dieser neuen(?) Technik gemacht. Viel Spaß wünscht
Ihr KKA-Chefredakteur
Matthias Schmitt
