Nitinol je cestou k 3x účinnejšej klimatizácii

Na vykurovanie a chladenie spotrebujeme veľké množstvo energie, ktoré môžu v budúcnosti ešte podstatne zvýšiť klimatické extrémy. Efektívnejšie systémy na udržiavanie tepelnej pohody, ale aj na chladenie v chladničkách, či mrazničkách, sú preto cestou k veľkým energetickým úsporám.

Nemeckí vedci z Universität des Saarlandes vyvinuli prototyp systému vykurovania a chladenia,  využívajúci pozoruhodné vlastnosti zliatiny nitinol s tvarovou pamäťou. Systém je šetrný k životnému prostrediu, ale nielen to.

Ako to funguje?

Prototyp neobvyklého systému vykurovania a chladenia pracuje na princípe deformovania a uvoľňovania nikel-titánového „svalového drôtu“. Pri ohrievaní a chladení vzduchu dosahuje dvojnásobnú účinnosť tepelného čerpadla a trojnásobnú účinnosť klimatizačného zariadenia.

Pozrite siS unikátnym akumulátorom tepla máte vykurovaciu sezónu zadarmo

Prístroj pritom nevyužíva žiadne chladiace plyny, narozdiel od kompresorových jednotiek,  je preto oveľa ekologickejší.

https://www.youtube.com/watch?v=-K57cbOhA5g

 

Vedci v zariadení využili zvláštne vlastnosti špeciálnych kovových zliatin s tvarovou pamäťou, ktoré sa po deformácii vracajú späť do pôvodného tvaru. Niektoré z takýchto zliatin – najmä niklo-titánové zliatiny, známe ako nitinol – dokážu absorbovať pri deformácii značné množstvo tepla. To následne uvoľňujú, keď majú možnosť vrátiť sa späť. Rozdiel teplôt medzi ohýbaným a uvoľneným drôtom z nitinolu môže dosiahnuť až 20 °C.

Pozrite siGeniálna klimatizácia funguje bez elektriny

Chladenie fungujúce na tomto princípe používa rotačný valec pokrytý zväzkami nitinolových drôtov. Drôty sú ohýbané, keď prechádzajú cez jednu stranu komory, odsávajú teplo zo vzduchu, a uskladňujú ho. Po otočení na druhú stranu majú možnosť vrátiť sa do východiskového stavu, pričom v druhej časti komory vyžarujú teplo.

Vzduch je do oboch častí komory privádzaný samostatne, takže na jednej strane vzniká prívod studeného a na druhej strane prívod teplého vzduchu.

Tím vedcov zo Saarlandskej univerzity tvrdí, že vykurovací, alebo chladiaci výkon systému je až tridsaťkrát väčší, ako mechanická sila potrebná na ohýbanie zväzkov drôtov z nitinolovej zliatiny.

Životaschopné riešenie

Myšlienka na chladenie, alebo ohrev vzduchu jednoduchým ohýbaním a vystieraním malých kúskov kovu znie bizarne, ale funguje. Otázkou však je životnosť takejto technológie. Čo spraví s nitinolovými drôtmi únava kovu pri dlhodobom ohýbaní?

ZDROJ | Oliver Dietze

Aj v tejto oblasti má však nitinol veľkú výhodu oproti iným kovom, disponuje totiž veľkou odolnosti voči únave materiálu a zlomeniu. Vďaka tomu sa využíva aj v implantovateľných zdravotníckych pomôckach, ako sú koronárne stenty. Jeho pozoruhodná flexibilita umožňuje stentu ohýbať sa, naťahovať a krútiť sa v cieve pri pohybe tela.

Podľa Verdict Medical Devices ide o zďaleka najodolnejší kov, ktorý je známy pri využití v prostrediach s vysokou amplitúdou únavového zaťaženia materiálu.

Tím výskumníkov experimentoval, aby zistil optimálne podmienky zaťaženia drôtu, rýchlosť otáčania a počet drôtov vo zväzku, na dosiahnutie maximálneho tepelného rozdielu medzi oboma stranami zariadenia.

ZDROJ | Verdict Medical Devices

Výsledky sú povzbudzujúce, keďže vedci tvrdia, že nový systém je viac ako dvakrát účinnejší ako bežné tepelné čerpadlo a trikrát účinnejší ako konvenčná chladnička, či klimatizácia. Pokiaľ sa podarí dosiahnuť primeranú životnosť takéhoto tepelného agregátu, mohli by sme sa dočkať jeho nasadenia v klimatizačných jednotkách, alebo aj v bielej technike v kuchyni.

Pozrite siStropné chladenie je dobrou alternatívou klimatizácie

Vzduch v takomto klimatizačnom systéme môže byť chladený priamo, bez potreby medziľahlého výmenníka tepla, a nie je potrebné riešiť tlakové potrubia.

Výhodou je aj ekologická prívetivosť umelých „svalov“, pretože, ako uvádza profesor Stefan Seelecke, predseda sekcie Intelligent Metal Systems na Saarlandskej univerzite, technológia prenosu tepla nepoužíva chladiace kvapaliny, ani výparníky. Zaujímavou otázkou zostáva hlučnosť takéhoto zariadenia.

ZdrojSaarlandská univerzita

Komentáre k článku