Zur Steigerung der spezifischen Leistung eines magnetokalorischen Kühlsystems

Von:

Lena Maria Maier

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Gegenwärtig werden fast alle Kühlsysteme mit Kompressionskältemaschinen betrieben. Diese haben einen signifikanten Anteil von 15% am globalen Energieverbrauch. Sie erreichen typischerweise 50% der Carnot-Effizienz und sind auf Kältemittel angewiesen. Hingegen können magnetokalorische Materialien, die in Festkörperkühlsystemen eingesetzt werden, eine Materialeffizienz von über 90% erreichen. Die meisten der in der Literatur beschriebenen magnetokalorischen Systeme verwenden das Prinzip der ''Aktiven Magnetokalorischen Regeneration''. Für diese Systeme ist es jedoch nahezu unmöglich, sowohl hohe Zyklusfrequenzen und damit hohe spezifische Kühlleistungen als auch große Systemeffizienzen zu erreichen. Eine alternative Lösung für ein magnetokalorisches Kühlsystem, das Prinzip der ''Aktiven Magnetokalorischen Heatpipe'', wird in dieser Arbeit erstmalig realisiert. Dabei wird der Wärmeübertrag durch latente Wärme mittels eines kondensierenden und verdampfenden Wärmeübertragsfluids realisiert. Der Wärmestrom wird durch Rückschlagventile, welche als thermische Dioden fungieren, gleichgerichtet. Mit der Realisierung dieses Konzeptes in einem experimentellen System konnte eine spezifische Kühlleistung von 12,5 W pro Gramm magnetokalorischem Material bei einer Zyklusfrequenz von 20 Hz erreicht werden. Beide Werte sind um eine Größenordnung höher als der Stand der Technik.