Kalorische Systeme

Wir forschen an kalorischen Technologien für effiziente und klimaschonende Kühlsysteme, die ohne schädliche Kältemittel auskommen. Kalorische Wärmepumpen könnten in Zukunft eine Alternative zur Kompressor-Technologie sein. Ein neuartiges, patentiertes Systemkonzept zum Wärmeeübertrag ermöglicht den Bau besonders energie- und kosteneffizienter kalorischer Wärmepumpen.

Wärmepumpen spielen eine entscheidende Rolle in der Energiewende. Heute am Markt erhältliche Wärmepumpen nutzen nahezu ausschließlich die Kompressor-Technologie. Sie benötigen für den Betrieb Kältemittel, die oftmals umwelt- und/oder gesundheitsschädlich sind, und erreichen eine vergleichsweise geringe Effizienz. Fraunhofer IPM entwickelt effiziente kalorische Wärmepumpen und Kühlsysteme als Alternative zur Kompressortechnologie. Die zentrale Innovation ist unser neuartiges Konzept zum Wärmeübertrag, welches eine hohe Energie- und Kosteneffizienz verspricht. Bei der Entwicklung kalorischer Systeme setzen wir auf folgende kalorische Technologien:

Magnetokalorik

Magnetokalorische Materialien sind magnetisierbare Materialien, die sich in einem magnetischen Feld erwärmen und beim Entfernen des Feldes entsprechend wieder abkühlen. Die Methode zeichnet sich insbesondere durch einen hohen Wirkungsgrad des Materials aus.

Elektrokalorik

Das Prinzip ist dasselbe wie bei der Magnetokalorik: Durch Anlegen eines Feldes wird reversibel Wärme im elektrokalorischen Material erzeugt – im Unterschied zur Magnetokalorik handelt es sich bei der Elektrokalorik um ein elektrisches Feld.

Elastokalorik

Elastokalorische Materialien kennt man als »Formgedächtnislegierungen« aus anderen Anwendungen. Bei diesen Legierungen lässt sich durch Eintrag von Wärme eine Formänderung induzieren. Auch den umgekehrten Effekt kann man nutzen: Über einen Krafteintrag auf das Material wird reversibel Wärme generiert. Ganz analog zur Magneto- bzw. Elektrokalorik kann man so durch entsprechende Systemintegration ein Kühlsystem aufbauen.

 

 

Magnetokalorische
Systeme

Magnetokalorische Materialien sind magnetisierbare Materialien, die sich in einem magnetischen Feld erwärmen und beim Entfernen des Feldes entsprechend wieder abkühlen. Eingesetzt in kalorischen Systemen zeichnen sie sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus.

 

Elektrokalorische
Systeme

Elektrokalorische Materialien erwärmen sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes und kühlen beim Entfernen des Feldes wieder ab. Dieser Effekt, der auf einer wechselnden Ausrichtung der elektrischen Dipolmomente im Feld basiert, nutzen wir zum Aufbau eines Zyklus , auf dessen Basis sich Kühlsysteme und Wärmepumpen bauen lassen.

 

 

 

 

 

 

Elastokalorische
Systeme

Die spezifischen Eigenschaften von Formgedächtnislegierungen lassen sich zur Kühlung oder Wärmeerzeugung nutzen. Wirkt eine mechanische Kraft auf das Material ein, so kann es Umwandlungswärme mit der Umgebung austauschen. Durch zyklische Be- und Entlastung lässt sich ein Kreislauf etablieren, der als Basis für den Aufbau von Kühlsystemen und Wärmepumpen genutzt werden kann.  

 

Publikationen »Kalorische Systeme«

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2022 Phenomenological model for first-order elastocaloric materials
Bachmann, Nora; Fitger, Andreas; Unmüßig, Sabrina; Bach, David; Schäfer-Welsen, Olaf; Koch, Thomas; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Concept of a Magnetocaloric Generator with Latent Heat Transfer for the Conversion of Heat into Electricity
Baliozian, Puzant; Corhan, Patrick; Hess, Tobias; Bartholome, Kilian; Wöllenstein, Jürgen
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Enhancing Electrocaloric Heat Pump Performance by Over 99% Efficient Power Converters and Offset Fields
Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Waltereit, Patrick; Molin, Christian; Gebhardt, Sylvia; Bach, David; Binninger, Roland; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Long life elastocaloric regenerator operating under compression
Ianniciello, Lucia; Bartholome, Kilian; Fitger, Andreas; Engelbrecht, Kurt
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 A GaN-based DC-DC Converter with Zero Voltage Switching and Hysteretic Current Control for 99% Efficient Bidirectional Charging of Electrocaloric Capacitive Loads
Moench, Stefan; Mansour, Kareem; Reiner, Richard; Basler, Michael; Waltereit, Patrick; Quay, Rüdiger; Molin, Christian; Gebhardt, Sylvia; Bach, David; Binninger, Roland; Bartholome, Kilian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Modeling of an Elastocaloric Cooling System for Determining Efficiency
Bachmann, Nora; Schwarz, Daniel; Bach, David; Schäfer-Welsen, Olaf; Koch, Thomas; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 GaN Power Converter Applied to Electrocaloric Heat Pump Prototype and Carnot Cycle
Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Mansour, Kareem; Basler, Michael; Waltereit, Patrick; Quay, Rüdiger; Bartholome, Kilian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Method for stabilizing and/or controlling and/or regulating the working temperature, heat exchanger unit, device for transporting energy, refrigerating machine and heat pump
Fitger, Andreas; Mahlke, Andreas; Bachmann, Nora; Corhan, Patrick; Maier, Lena Maria; Bartholomé, Kilian; Schäfer-Welsen, Olaf
Patent
2021 MagMed - Entwicklungen einer kältemittelfreien und effizienten Kühltechnik. Abschlussbericht
Kopitzke, Jochen; Niebuhr, Herbert; Müller, Gerhard; Wittig, Daniel; Bartholomé, Kilian; Maier, Lena Maria; Corhan, Patrick; Barzca, Alexander; Vieyra, Hugo; Katterer, Matthias; Vogel, Christian
Bericht
Report
2021 Long-term stable compressive elastocaloric cooling system with latent heat transfer
Bachmann, Nora; Fitger, Andreas; Maier, Lena Maria; Mahlke, Andreas; Schäfer-Welsen, Olaf; Koch, Thomas; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Zur Steigerung der spezifischen Leistung eines magnetokalorischen Kühlsystems
Maier, Lena Maria
Dissertation
Doctoral Thesis
2020 Active magnetocaloric heat pipes provide enhanced specific power of caloric refrigeration
Maier, Lena Maria; Corhan, Patrick; Barcza, Alexander; Vieyra, Hugo; Vogel, Christian; König, Jan D.; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Method to characterize a thermal diode in saturated steam atmosphere
Maier, Lena Maria; Hess, Tobias; Kaube, Alexandra; Corhan, Patrick; Fitger, Andreas; Bachmann, Nora; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Thermal hysteresis and its impact on the efficiency of first-order caloric materials
Hess, Tobias; Maier, Lena Maria; Bachmann, Nora; Corhan, Patrick; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Modellierung einer magnetokalorischen Wärmepumpe mit thermischen Dioden
Hess, Tobias
Dissertation
Doctoral Thesis
2020 Magnetokalorische Wärmepumpen mit hohen Zyklusfrequenzen
Maier, Lena Maria; Hess, Tobias; Corhan, Patrick; Schmiz, Sophie; Bachmann, Nora; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Phenomenological model for a first-order magnetocaloric material
Hess, Tobias; Vogel, Christian; Maier, Lena Maria; Barcza, Alexander; Vieyra, Hugo; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Modelling cascaded caloric refrigeration systems that are based on thermal diodes or switches
Hess, Tobias; Maier, Lena Maria; Corhan, Patrick; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Towards high cycle frequencies for magnetocaloric cooling systems - a proof of principle
Maier, Lena Maria; Hess, Tobias; Schäfer-Welsen, O.; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 New concept for high-efficient cooling systems based on solid-state caloric materials as refrigerant
Bartholome, Kilian; Hess, Tobias; Winkler, Markus; Mahlke, Andreas; König, Jan D.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

This list has been generated from the publication platform Fraunhofer-Publica