Elastokalorische Kühlmaschine

Ziel

Ein Heiz- und Kühlsystem mit hoher Effizienz, das ohne umweltschädliches Kältemittel, strömende Medien aller Art mit elastokalorischem Material erwärmen und abkühlen kann. 

Ausblick

Durch Weiterentwicklung des kontinuierlich arbeitenden elastokalorischen Systemdemonstrators ist es ebenfalls möglich Flüssigkeiten zu erwärmen oder abzukühlen. Flüssigkeiten haben einen deutlich höheren Wärmeübergang als Gase, wodurch die Effizienz des Heiz- und Kühlsystems noch einmal verbessert werden kann. Durch die weiteren Optimierungen ist es zudem möglich den Bauraum zu verringern, sodass das Heiz- und Kühlsystems in weiteren industriellen Anwendungen, bei welchen kleine Baugrößen erforderlich sind. 

Ergebnis

- Weltweit erster kontinuierlich arbeitender elastokalorischer Systemdemonstrator,   - Leistungsbereiche bis 250 W.  - Abhängig von der Legierung ist es möglich bis zu dreißigmal mehr thermische Leistung zu transportieren als mechanische Leistung benötigt wird 

Anwendungsbereiche

Haushaltkühlung, Industriekühlung und Schaltschrankühlung

Erfinder

Susanne-Marie Kirsch und Felix Welsch

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© 2021. mateligent GmbH (in Gründung) – site under construction

Elastokalorische Kühlmaschine

Ein Heiz- und Kühlsystem mit hoher Effizienz, das ohne umweltschädliches Kältemittel, strömende Medien aller Art mit elastokalorischem Material erwärmen und abkühlen kann. 

Ausblick

Durch Weiterentwicklung des kontinuierlich arbeitenden elastokalorischen Systemdemonstrators ist es ebenfalls möglich Flüssigkeiten zu erwärmen oder abzukühlen. Flüssigkeiten haben einen deutlich höheren Wärmeübergang als Gase, wodurch die Effizienz des Heiz- und Kühlsystems noch einmal verbessert werden kann. Durch die weiteren Optimierungen ist es zudem möglich den Bauraum zu verringern, sodass das Heiz- und Kühlsystems in weiteren industriellen Anwendungen, bei welchen kleine Baugrößen erforderlich sind. 

Ergebnis

  • Weltweit erster kontinuierlich arbeitender elastokalorischer Systemdemonstrator,  
  • Leistungsbereiche bis 250 W. 
  • Abhängig von der Legierung ist es möglich bis zu dreißigmal mehr thermische Leistung zu transportieren als mechanische Leistung benötigt wird 

Anwendungsbereiche

  • Haushaltkühlung
  • Industriekühlung
  • Schaltschrankkühlung
 
 Erfinder

Dr. Paul Motzki, Yannik Goergen, Lukas Zimmer 

 

Patentnummer

EP3306082A2

BLICK DURCH EINE WÄRMEKAMERAUGER
KÜHL- UND WÄRMETECHNOLOGIE ANHAND EINES SCHEMAS
ELASTOKALORISCHER PRÜSTAND
DARSTELLUNG EINES BÜNDELS
BESCHREIBUNG ANHAND EINES CAD MODELLS
 
Niti-Based Elastocaloric Cooling on the Macroscale: From Basic Concepts to Realization

PAPER

Solid-state cooling is an environmentally friendly, no global warming potential alternative to vapor compression-based systems. Elastocaloric cooling based on NiTi shape memory alloys exhibits excellent cooling capabilities. Due to the high specific latent heats activated by mechanical loading/unloading, large temperature changes can be generated in the material. The small required work input enables a high coefficient of performance. An overview of elastocaloric cooling from basic principles, such as elastocaloric cooling cycles, material characterization, modeling, and optimization, to the design of elastocaloric cooling devices is presented. Current work performed within the DFG(Deutsche Forschungsgemeinschaft) Priority Program SPP 1599 “Ferroic Cooling”, which is focused on the development and realization of a continuously operating elastocaloric cooling device, is highlighted. The cooling device operates in a rotatory mode with wires under tensile loading. The design allows maximization of cooling power by suitable wire diameter scaling as well as efficiency optimization by implementing a novel drive concept. Finally, computer-aided design (CAD) models of the discussed solid-state air cooling device are presented.

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