Koelkast op… ehhh… spierkracht? (video)

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Saarland en het Centrum voor Mechatronica en Automatiseringstechnologie (ZeMa) heeft een oplossing gevonden van een zeer lastige natuurkundige uitdaging. Ze hebben naar eigen zeggen de eerste koelkast ter wereld ontwikkeld die koelt met behulp van kunstmatige spieren.

De spieren zijn samengesteld uit nitinol – een nikkel-titaniumlegering. Volgens de ontwikkelaars is de koelkast een compact prototype dat de nieuwe koeltechnologie demonstreert, die werkt volgens het elastocalorische principe waarbij warmte via spandraden uit een gebied wordt verwijderd en zo vrijkomt. Het team legde uit dat de draden met vormgeheugen met het superelastische nitinol – ook wel ‘kunstspieren’ genoemd – warmte accumuleren in de koelkamer en deze vervolgens afgeven aan de omringende lucht. Dit proces, zo suggereren onderzoekers, biedt milieuvriendelijke en energie-efficiënte koel- en verwarmingstechnologie in vergelijking met conventionele technologieën.

“Ons elastocalorische proces stelt ons in staat temperatuurverschillen van ongeveer 20 graden Celsius te bereiken zonder klimaatschadelijke koelmiddelen te gebruiken op een veel energie-efficiëntere manier dan de huidige conventionele technologieën”, voegde de onderzoekers eraan toe in een verklaring.

Hoewel ingenieurs momenteel elastocalorische materialen demonstreren in kleine koelkamers, kan het materiaal naar verluidt ook warmte onttrekken en deze aan grotere ruimtes leveren. Daarom gebruikt het onderzoeksteam de superelastische draden ook voor warmteoverdracht in verwarmingstoepassingen.

De onderzoekers bereiken dit door gebruik te maken van de vormgeheugenkenmerken van de op nitinol gebaseerde kunstmatige spieren om warmte over te dragen.

De draden van de legering hebben vormgeheugen en kunnen dus terugkeren nadat ze zijn uitgerekt of vervormd, net zoals spieren buigen. Dit kan doordat nitinol twee kristalroosters bevat die diep van binnen in elkaar kunnen transformeren, als een soort faseovergang van de kristallijne structuur. Daarbij absorberen ze warmte of geven deze af.

De minikoelkast heeft een gepatenteerde nokkenaandrijving die bundels van 200 micron dunne nitinoldraden rond een ronde koelkamer draait. Terwijl de draden roteren, worden ze om de beurt mechanisch geladen en gelost, waarbij ze warmte absorberen uit de circulerende lucht in de kamer. Ondertussen circuleert de gekoelde lucht rond onbelaste draden en geven de roterende draden warmte af buiten de kamer wanneer ze worden uitgerekt.

In de toekomst wil het team het potentieel van elastocalorica benutten in toepassingen zoals industriële koeling, koeling van elektrische voertuigen en huishoudelijke apparaten.