Innovationen
HKUST: Neues elastokalorisches Kühlsystem steht kurz vor der Markteinführung
Nach Angaben der Entwickler steht das Kühlsystem aus gestapelten Hightech-Plättchen der HKUST bereits nahe der Serienreife, Details zu Kosten und Markteinführung nennt das Team aber noch nicht.
Ein neuartiges Verfahren zur Festkörperkühlung mittels mechanischer Verformung, das an einer technischen Universität in Hongkong erforscht wurde, soll nach Einschätzung der Entwickler bald serienmäßig produziert werden. Das Kernelement bilden hauchdünne Metallplättchen mit jeweils 17 Löchern, die übereinandergeschichtet ein hochkompaktes Kühlbauteil formen. Damit könnten Haushaltsgeräte künftig ohne die bisher notwendigen, klassischen Kompressorsysteme auskommen.
Das Prinzip dahinter basiert auf einem physikalischen Effekt, ist in der praktischen Konstruktion jedoch hochkomplex: Statt gasförmige oder flüssige Kältemittel durch geschlossene Kreisläufe zu pressen, nutzt die Gruppe feste Materialien, die ihre Temperatur infolge mechanischer Be- und Entlastung verändern. Diese Form der Festkörperkühlung gilt in der Materialwissenschaft seit geraumer Zeit als ökologische Alternative zu klassischen Kühlanlagen.
Wie aus 200 Plättchen ein Kühlelement wird
Mehrere dieser strukturierten Plättchen werden zu einem dichten Block gebündelt. In der getesteten Systemvariante kommen rund 200 dieser spezialisierten Metallplättchen zum Einsatz. Jedes dieser Elemente besitzt präzise Perforationen, durch welche ein flüssiges Medium zur Wärmeübertragung geschleust wird.
Wenn das Transfermedium die übereinandergestapelten Lochstrukturen passiert, nimmt das System die thermische Energie auf. Die Forschenden nutzen hierbei die mechanische Verformung der Legierung, die unter Druck Wärme freisetzt und bei Entlastung die Umgebung abkühlt.
Wie die gekühlte Luft in den Kühlschrank gelangt
Die auf diese Weise erzeugte Kälte wird anschließend an den inneren Nutzraum des Geräts abgegeben. Dieser technologische Ansatz über die direkte Materialleitung unterscheidet das Konzept fundamental von konventionellen Haushaltsgeräten und vereinfacht den mechanischen Aufbau zukünftiger Apparate erheblich.
Für die Kältetechnik in Konsumgütern bedeutet dies eine Abkehr von etablierten Standards: Wo über Generationen hinweg Kompressoren, chemische Substanzen und starre Rohrsysteme zwingend erforderlich waren, übernimmt nun ein kompakter, geschichteter Metallblock die Temperaturregelung.
Was die Serienreife für Kunden bedeuten könnte
Nach Angaben der Entwicklungsabteilung markiert das System einen Meilenstein auf dem Weg zur industriellen Serienfertigung. Das Team um den leitenden Professor Sun Qingping konnte im Labor nachweisen, dass die Neuentwicklung eine Haltbarkeit von über 100 Millionen Betriebszyklen aufweist, was einer realen Nutzungsdauer von mehr als zehn Jahren entspricht. Die in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Studie beziffert die spezifische Kühlleistung auf 3,85 Watt pro Gramm.
Da die porösen Bauteile über ein innovatives Stanzverfahren hergestellt werden, sinken die Produktionskosten im Vergleich zu älteren Verfahren um rund 95 Prozent. Genaue Termine für den weltweiten Verkaufsstart einzelner Haushaltsgeräte stehen zum aktuellen Zeitpunkt allerdings noch aus.
