A hűtőberendezések, klímák és adatközpontok jelentős villamosenergia-igénye miatt egyre nagyobb az érdeklődés a hagyományos kompresszoros technológiák alternatívái iránt. A Karlsruhei Technológiai Intézet és a japán Tsukubai Egyetem kutatói most elsőként demonstráltak olyan elasztokalorikus szilárdtest-hűtőrendszert, amelynek működtetéséhez közvetlenül hőt használnak.
A rendszer két ultravékony nikkel-titán (NiTi) alakemlékező fóliát kapcsol össze. Az első melegítés hatására összehúzódik, így a hőenergiát gyakorlatilag mechanikai munkává alakítja.
Ez a mozgás terheli, majd tehermentesíti a második fóliát, amelynek kristályszerkezete ciklikusan átalakul. A folyamat hőmérséklet-változást, vagyis elasztokalorikus hűtőhatást eredményez. A megoldás kulcsa, hogy az eddigi rendszerekhez szükséges elektromos működtetőt hővel hajtott alakemlékező aktuátor váltja ki.
A laboratóriumi prototípus 86 Celsius-fokos aktuátor-hőmérsékleten a hűtőközegként működő fólián 12,9 kelvines, a teljes eszköz szintjén pedig 4 kelvines hőmérséklet-különbséget ért el. Külső, 130 Celsius-fokos hőforrással is igazolták a működőképességet.
A jelenlegi berendezés még demonstrátor, teljesítményét nem optimalizálták. A kutatók több fólia párhuzamos kapcsolásával növelnék a hűtőkapacitást. A technológia hosszabb távon processzorok, járműelektronikai rendszerek és más hőérzékeny berendezések hűtésében lehet érdekes: akár maga a berendezés által termelt hulladékhő is hozzájárulhatna saját hűtéséhez.
Az elasztokalorikus hűtés egyik ipari előnye, hogy a hagyományos kompresszoros rendszerekkel szemben nem igényel illékony hűtőközeget: a hőelvonást az alakemlékező anyag mechanikai terhelésre bekövetkező fázisátalakulása biztosítja. A technológia fejlesztése az elmúlt években jelentősen felgyorsult: korábbi, nagyobb méretű kísérleti berendezésekkel már 75 kelvines hőmérséklet-különbséget és 1284 wattos hűtőteljesítményt is demonstráltak, míg a fóliaalapú megoldások fajlagos hűtőteljesítménye elérte a 19 watt/grammot.
A most bemutatott hővezérelt konstrukció jelentőségét ezért elsősorban nem a rekordteljesítmény, hanem az adja, hogy az elektromos működtetés csökkentésével egy újabb akadályt háríthat el a kompakt, energiahatékony szilárdtest-hűtőrendszerek gyakorlati alkalmazása elől.
Forrás: Karlsruhei Technológiai Intézet/Nature
Borítókép: KIT
