Wärmepumpen spielen eine entscheidende Rolle in der Energiewende. Heute am Markt erhältliche Wärmepumpen nutzen nahezu ausschließlich die Kompressor-Technologie. Sie benötigen für den Betrieb Kältemittel, die oftmals umwelt- und/oder gesundheitsschädlich sind, und erreichen eine vergleichsweise geringe Effizienz. Fraunhofer IPM entwickelt effiziente kalorische Wärmepumpen und Kühlsysteme als Alternative zur Kompressortechnologie. Die zentrale Innovation ist unser neuartiges Konzept zum Wärmeübertrag, welches eine hohe Energie- und Kosteneffizienz verspricht. Bei der Entwicklung kalorischer Systeme setzen wir auf folgende kalorische Technologien:
Magnetokalorische Materialien sind magnetisierbare Materialien, die sich in einem magnetischen Feld erwärmen und beim Entfernen des Feldes entsprechend wieder abkühlen. Die Methode zeichnet sich insbesondere durch einen hohen Wirkungsgrad des Materials aus.
Das Prinzip ist dasselbe wie bei der Magnetokalorik: Durch Anlegen eines Feldes wird reversibel Wärme im elektrokalorischen Material erzeugt – im Unterschied zur Magnetokalorik handelt es sich bei der Elektrokalorik um ein elektrisches Feld.
Elastokalorische Materialien kennt man als »Formgedächtnislegierungen« aus anderen Anwendungen. Bei diesen Legierungen lässt sich durch Eintrag von Wärme eine Formänderung induzieren. Auch den umgekehrten Effekt kann man nutzen: Über einen Krafteintrag auf das Material wird reversibel Wärme generiert. Ganz analog zur Magneto- bzw. Elektrokalorik kann man so durch entsprechende Systemintegration ein Kühlsystem aufbauen.
Jahr Year | Titel/Autor:in Title/Author | Publikationstyp Publication Type |
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2024 | Highly Efficient Drive System for Elastocaloric Heat Pumps and Cooling Systems Unmüßig, Sabrina; Burghardt, Andreas; Schäfer-Welsen, Olaf; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2024 | Voltage-Sensorless Control and GaN Multilevel Converter for Charging Non-Linear and Lossy Electrocaloric Capacitors Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Basler, Michael; Waltereit, Patrick; Quay, Rüdiger; Bartholome, Kilian |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2024 | Cooling with Magnets-Proving the Concept of Cascaded Caloric Heat Pipes Schipper, Jan; Wöllenstein, Jürgen; Unmüßig, Sabrina; Bartholome, Kilian |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2024 | Introduction of novel method of cyclic self-heating for the experimental quantification of the efficiency of caloric materials shown for LaFe11,4Mn0,35Si1,26Hx Schipper, Jan; Melchin, Stefan; Metzdorf, Julius; Bach, David; Fehrenbach, Miriam; Löwe, Konrad; Vieyra Avilés, Víctor Hugo; Kühnemann, Frank; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2024 | Electrocaloric cooling system utilizing latent heat transfer for high power density Metzdorf, Julius; Corhan, Patrick; Bach, David; Hirose, Sakyo; Lellinger, Dirk; Mönch, Stefan; Kühnemann, Frank; Schäfer-Welsen, Olaf; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2024 | Steigerung der Systemperformance eines elastokalorischen Kühlsystems Bachmann, Nora |
Dissertation Doctoral Thesis |
2024 | Over 99.7% Efficient GaN-based 6-Level Capacitive-Load Power Converter Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Basler, Michael; Bartholome, Kilian; Waltereit, Patrick; Quay, Rüdiger |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2023 | On the efficiency of caloric materials in direct comparison with exergetic grades of compressors Schipper, Jan; Bach, David; Mönch, Stefan; Molin, Christian; Gebhardt, Sylvia; Wöllenstein, Jürgen; Schäfer-Welsen, Olaf; Vogel, Christian; Langebach, Robin; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2023 | A 99.74% Efficient Capacitor-Charging Converter using Partial Power Processing for Electrocalorics Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Mansour, Kareem; Waltereit, Patrick; Basler, Michael; Quay, Rüdiger; Molin, Christian; Gebhardt, Sylvia; Bach, David; Binninger, Roland; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2023 | Spatio-temporal solid-state electrocaloric effect exceeding twice the adiabatic temperature change Mönch, Stefan; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2023 | Phenomenological Material Model for First-Order Electrocaloric Material Unmüßig, Sabrina; Bach, David; Nouchokgwe Kamgue, Youri Dilan; Defay, Emmanuel; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2023 | How highly efficient power electronics transfers high electrocaloric material performance to heat pump systems Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Waltereit, Patrick; Basler, Michael; Quay, Rüdiger; Gebhardt, Sylvia; Molin, Christian; Bach, David; Binninger, Roland; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2022 | Phenomenological model for first-order elastocaloric materials Bachmann, Nora; Fitger, Andreas; Unmüßig, Sabrina; Bach, David; Schäfer-Welsen, Olaf; Koch, Thomas; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2022 | GaN Power Converter Applied to Electrocaloric Heat Pump Prototype and Carnot Cycle Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Mansour, Kareem; Basler, Michael; Waltereit, Patrick; Quay, Rüdiger; Bartholome, Kilian |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2022 | Long life elastocaloric regenerator operating under compression Ianniciello, Lucia; Bartholome, Kilian; Fitger, Andreas; Engelbrecht, Kurt |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2022 | Elastokalorik: Entwicklung hocheffizienter Wärmepumpen ohne schädliche Kältemittel zum Heizen und Kühlen Fitger, Andreas; Bartholome, Kilian; Bachmann, Nora; Unmüßig, Sabrina; Winkler, Markus; Mahlke, Andreas |
Bericht Report |
2022 | Modeling of an Elastocaloric Cooling System for Determining Efficiency Bachmann, Nora; Schwarz, Daniel; Bach, David; Schäfer-Welsen, Olaf; Koch, Thomas; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2022 | Enhancing Electrocaloric Heat Pump Performance by Over 99% Efficient Power Converters and Offset Fields Mönch, Stefan; Reiner, Richard; Waltereit, Patrick; Molin, Christian; Gebhardt, Sylvia; Bach, David; Binninger, Roland; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2022 | A GaN-based DC-DC Converter with Zero Voltage Switching and Hysteretic Current Control for 99% Efficient Bidirectional Charging of Electrocaloric Capacitive Loads Mönch, Stefan; Mansour, Kareem; Reiner, Richard; Basler, Michael; Waltereit, Patrick; Quay, Rüdiger; Molin, Christian; Gebhardt, Sylvia; Bach, David; Binninger, Roland; Bartholome, Kilian |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2022 | Concept of a Magnetocaloric Generator with Latent Heat Transfer for the Conversion of Heat into Electricity Baliozian, Puzant; Corhan, Patrick; Hess, Tobias; Bartholome, Kilian; Wöllenstein, Jürgen |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2021 | Method for stabilizing and/or controlling and/or regulating the working temperature, heat exchanger unit, device for transporting energy, refrigerating machine and heat pump Fitger, Andreas; Mahlke, Andreas; Bachmann, Nora; Corhan, Patrick; Maier, Lena Maria; Bartholomé, Kilian; Schäfer-Welsen, Olaf |
Patent |
2021 | MagMed - Entwicklungen einer kältemittelfreien und effizienten Kühltechnik. Abschlussbericht Kopitzke, Jochen; Niebuhr, Herbert; Müller, Gerhard; Wittig, Daniel; Bartholomé, Kilian; Maier, Lena Maria; Corhan, Patrick; Barzca, Alexander; Vieyra, Hugo; Katterer, Matthias; Vogel, Christian |
Bericht Report |
2021 | Long-term stable compressive elastocaloric cooling system with latent heat transfer Bachmann, Nora; Fitger, Andreas; Maier, Lena Maria; Mahlke, Andreas; Schäfer-Welsen, Olaf; Koch, Thomas; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2021 | Zur Steigerung der spezifischen Leistung eines magnetokalorischen Kühlsystems Maier, Lena Maria |
Dissertation Doctoral Thesis |
2020 | Modellierung einer magnetokalorischen Wärmepumpe mit thermischen Dioden Hess, Tobias |
Dissertation Doctoral Thesis |
2020 | Magnetokalorische Wärmepumpen mit hohen Zyklusfrequenzen Maier, Lena Maria; Hess, Tobias; Corhan, Patrick; Schmiz, Sophie; Bachmann, Nora; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2020 | Thermal hysteresis and its impact on the efficiency of first-order caloric materials Hess, Tobias; Maier, Lena Maria; Bachmann, Nora; Corhan, Patrick; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2020 | Phenomenological model for a first-order magnetocaloric material Hess, Tobias; Vogel, Christian; Maier, Lena Maria; Barcza, Alexander; Vieyra, Hugo; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2020 | Active magnetocaloric heat pipes provide enhanced specific power of caloric refrigeration Maier, Lena Maria; Corhan, Patrick; Barcza, Alexander; Vieyra, Hugo; Vogel, Christian; König, Jan D.; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2020 | Method to characterize a thermal diode in saturated steam atmosphere Maier, Lena Maria; Hess, Tobias; Kaube, Alexandra; Corhan, Patrick; Fitger, Andreas; Bachmann, Nora; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2019 | Modelling cascaded caloric refrigeration systems that are based on thermal diodes or switches Hess, Tobias; Maier, Lena Maria; Corhan, Patrick; Schäfer-Welsen, Olaf; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Zeitschriftenaufsatz Journal Article |
2018 | Towards high cycle frequencies for magnetocaloric cooling systems - a proof of principle Maier, Lena Maria; Hess, Tobias; Schäfer-Welsen, O.; Wöllenstein, Jürgen; Bartholome, Kilian |
Konferenzbeitrag Conference Paper |
2017 | New concept for high-efficient cooling systems based on solid-state caloric materials as refrigerant Bartholome, Kilian; Hess, Tobias; Winkler, Markus; Mahlke, Andreas; König, Jan D. |
Konferenzbeitrag Conference Paper |