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.