Vědci ze Sárské univerzity v německém Saarbrückenu vyvíjejí nový systém vytápění a chlazení, který využívá vlastností speciální kovové slitiny: dráty z niklu a titanu, které se natahují a poté opět uvolňují, jsou navrženy tak, aby absorbovaly teplo a poté ho opět předaly. Tento princip, označovaný jako elastokalorika, je známý i z běžného života: pokud například natáhnete gumový kroužek, uvolní se teplo.
Nikl-titanové dráty, které jsou materiálem s tzv. tvarovou pamětí, fungují stejným způsobem: čím více drátů je současně deformováno, tím více tepla se může uvolnit. Protože tato deformace kovových vláken připomíná svaly, vědci materiál označují také jako umělý sval. Tým vedený Stefanem Seeleckem a Paulem Motzkim ze Sárské univerzity nyní vyvíjí prototypy takového systému pro vozidla. A na letošním Hannoverském veletrhu převratnou technologii demonstrovali také na prvním prototypu chladničky.
Mohlo by vás zajímat
Elastokalorika: slitina niklu a titanu využívá princip díky tvarové paměti
V elastokalorické chladničce zajišťuje patentovaný vačkový pohon nepřetržitou rotaci svazků 200 mikrometrů tenkých nikl-titanových drátků kolem kruhové chladicí komory. Při pohybu po kruhu jsou na jedné straně zatěžovány, tj. taženy, a na druhé straně uvolňovány. Kolem rotujících svazků proudí do chladicí komory vzduch. Tam se dráty odlehčují a odebírají teplo ze vzduchu. Jak se dráty dále otáčejí, odvádějí toto teplo z chladicí komory ven. Jsou vytahovány vně komory a teplo se z nich uvolňuje.
V chladicí komoře vzduch cirkuluje pouze kolem uvolňovaných vodičů. Tento prototyp proto dosahuje teploty kolem 15 stupňů Celsia. Technologie funguje bez senzorů. Ona sama je svým vlastním senzorem. Okamžitá naměřená hodnota elektrického odporu totiž odpovídá určité deformaci svazků drátů nebo plechů. Pomocí umělé inteligence tak systém vždy účinně rozpozná jejich přesnou polohu, a to i v případě rušivých vlivů.
Účinnost nikl-titanových drátů je údajně desetkrát vyšší než u běžných kompresních chladicích systémů. Komise EU již označila elastokaloriku za nejslibnější alternativu k dosavadním metodám vytápění a chlazení. Světové ekonomické fórum zařadilo tento proces mezi "Top Ten Emerging Technologies" pro rok 2024. Ačkoli je tato technologie stále v plenkách, podle tiskové zprávy Univerzity by se elastokalorika mohla brzy rozvinout. Výzkumníci a jejich tým pracují na rychlém zavedení této technologie do praxe. Napomáhá jim k tomu i německá vláda, která do projektu investuje více než 17 milionů eur po dobu maximálně devíti let.
Mohlo by vás zajímat
Technologie by se mohla používat i v elektromobilech
Společně se společností Volkswagen a Fraunhoferovým institutem pro fyzikální měřicí techniku IPM chce tým inženýrů ze Sarské univerzity tuto technologii dále rozvíjet v dalším právě zahájeném projektu. Cílem je, aby ji bylo možné v budoucnu instalovat do klimatizačních systémů elektromobilů nebo chladit jejich baterie při nízké spotřebě energie a bez navyšování hmotnosti. V dalším projektu pak výzkumný tým vyvíjí elastokalorickou klimatizaci. Ta by měla decentralizovaně chladit a vytápět obytné budovy, místnost po místnosti, prostřednictvím větracích štěrbin ve vnějších stěnách.
Elastokalorický systém funguje jako chladicí systém a tepelné čerpadlo. Jeho účinnost je v současnosti třikrát až pětkrát vyšší než u dnešních systémů. Bude tedy vyžadovat podstatně méně elektrické energie, doufají vývojáři.
Mohlo by vás zajímat
Výzkumný tým už teď dosahuje teplotních rozdílů kolem 20 stupňů Celsia při chlazení i vytápění. To navíc platí pro jednostupňové komponenty. Pokud se podaří sestavit vícestupňové systémy, bude možné dosáhnout mnohem větších teplotních rozsahů.
Základem prototypů je charakteristická "tvarová paměť" kovové slitiny nikl-titan: ta má dvě krystalové mřížky, dvě "fáze", které se vzájemně prolínají a mohou si "pamatovat" jedna druhou. Takové fáze zná každý z vody: pevnou, tj. led, kapalnou a plynnou. Na rozdíl od vody jsou však obě fáze niklu a titanu pevné. Pokud se jedna fáze změní v druhou, dráty nebo plechy absorbují teplo; pokud se fáze opět změní, teplo se uvolňuje. Tímto způsobem lze při průchodu vzduchu kolem nich teplo odebírat nebo dodávat do místností. Vědci v závislosti na aplikaci používají dráty, tenké plechy nebo nyní dokonce 3D tištěné složitější geometrie z nikl-titanu.
Zdroj: Uni Saarland
