Materiáloví vědci jsou čarodějové a alchymisté dnešního věku. Jejich výtvory bývají obdivuhodné. Mají takové vlastnosti, jaké by člověka ani nenapadly. Platí to i pro nový výzkum německých materiálových vědců, kteří vyvinuli výjimečně účinný systém z kovových svalů pro chlazení a ohřívání zároveň.
Zní to jako halucinace. Ale Stefan Seelecke z německé Universität des Saarlandes a jeho spolupracovníci využili jedné podivuhodné vlastnosti jistých paměťových slitin, tedy kovů, které se za určitých okolností samovolně vracejí do původního tvaru. V některých případech totiž, obzvláště u slitiny niklu a titanu známé jako NiTinol, tyto kovy během změny původního tvaru absorbují značné množství tepla. A když se vracejí do svého původního tvaru, tak teplo naopak uvolňují. Rozdíl mezi teplotami zmíněné slitiny v původním tvaru a slitiny pozměněného tvaru přitom může být až 20 °C.
Seelecke a spol. díky této materiálové magii vytvořili prototyp zařízení, které je založené na kovových „svalech“ ze slitiny niklu a titanu. Když se tyhle svaly napínají a zase uvolňují tak tím ohřívají či naopak ochlazují vzduch. Dovedou to dvakrát účinněji než tepelné čerpadlo či třikrát účinněji než klimatizační jednotka. Zásadní je i to, že nový systém nepotřebuje žádný chladící plyn, takže je to technologie velmi vstřícná k životnímu prostředí.
Tým Universität des Saarlandes experimentoval s konstrukcí tohoto průlomového zařízení a ladil jeho parametry. Výsledky jsou dost oslnivé. Výkon ochlazování či ohřevu je u nového systému až třicetkrát vyšší, než je mechanická síla potřebná k deformacím a opětovnému návratu tvaru kovových svalů. Seelecke zdůrazňuje, že pokud by jejich systém byl součástí pokročilé klimatizační jednotky, tak by její konstrukce byla jednodušší a provoz mnohem méně nákladný, než je dnes.
Myšlenka ochlazování nebo ohřívání pomocí pohybů kovových svalů zní dost bláznivě. Co s tím udělá únava materiálu? Jenomže jde o NiTinol, který je v tomto směru dost odlišný od většiny ostatních kovů. Používá se například v medicínských aplikacích, včetně těch implantovatelných, jako jsou například stenty, které zařizují pacientům zprůchodnění cév a dalších trubic v těle. Díky své mimořádné flexibilitě a výdrži se tyto stenty pohybují, napínají a ohýbají podle pohybů pacienta. Vtip je v tom, že tahle slitina je extrémně odolná vůči únavě materiálu, což se teď velmi hodí pro ochlazovací/ohřívací systém.
Autoři systému ještě musí svůj výtvor pořádně prozkoušet a vyladit. Zatím vypadá jako excelentní technologie, která dokáže ušetřit energii, a tudíž peníze, a zároveň se vyhýbá chladícím plynům, čímž pochopitelně šetří životní prostředí.
Literatura
Universität des Saarlandes 12. 3. 2019.
Nově objevená slitina titanu se zlatem je mnohem tvrdší než běžné oceli
Autor: Stanislav Mihulka (23.07.2016)
Platina se zlatem tvoří slitinu, která je mechanicky nejodolnější na světě
Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2018)
Nanotechnologie umožní svářet doposud nesvařovatelnou slitinu hliníku
Autor: Stanislav Mihulka (28.01.2019)
Diskuze:
V rámci vývoje rakety Polaris A- se v U.S. Naval Ordonance Laboratory hledala slitina pro lesklou a odolnou příď jasně jásavě znějící
Josef Hrncirik,2019-04-14 19:12:49
Vyrobená slitina NiTi byla sice velmi pevná a chemicky odolná i při skladování v zatékajících ponorkách, avšak jasný nadšený zvuk horké čerstvě vykované hlavice se po ochlazení proměnil na tupý až nakřáplý.
Toto podezřele neradostné chování bylo ihned podrobeno důkladnému vědeckému zkoumání.
Na Katolické Univerzitě v Lovani bylo vědecky dokázáno, že nejde o Poslední Varování ani sabotáž, ale útlum způsobený hysterezními ztrátami energie při fázových přechodech martenzit-austenit vyvolávaných změnami teploty a pnutí při šíření nehmotného zvuku 10.1051/jphyscol:19815181 ; jpa-00221059; dynamic properties of high damping metals.
Tyto slitiny s tvarovou pamětí (SM Alojz) (ev. superelastické) se nehodí na výrobu superpružin či (superplastických) balistických ochran, ani na výrobu hraček poháněných teplou vodou neboť vyžadují rozdíl teplot cca 50°C. Jsou však nenahraditelné pro výrobu kovových lžící (nikoliv jen NDR plastových), které se v horké vodě ohnou či narovnají nebo i dokonce převrátí naruby a samozřejmě je tvarová paměť a superelasticita a vysoká pevnost i biokompatibilita využívána v chirurgii.
Bude to převrat ve vytápění
Lenka Svobodová,2019-04-10 03:23:00
Zatímco v současnosti potřebují domy vytápění o výkonu 2000 až 6000 Wattů, tak s pomocí kovových svalů bude stačit 70 W až 200 W. Vzhledem k tomu, že topení a klimatizace spotřebovávají asi polovinu veškeré energie, tak se nebudou muset stavět nové elektrárny. Dnešní dům musí mít topení, chlazení a větrání s rekuperací. A svalové tepelné čerpadlo nahradí rekuperaci i chlazení.
Z reakcí čtenářů vidím, že nechápou rozdíl mezi vytvářením tepla z chemické energie a přečerpáváním tepla. Tepelné čerpadlo vlivem termodynamického zákona má ztráty a proto jeho účinnost je max. 400%. Svalové čerpadlo má účinnost 3000%. Není to žádné perpetuum mobile, které by vytvářelo energii z ničeho, ale jen přenášení tepla. Nepřeměňuje se při tom žádná energie. Můžete si to představit jako potrubí s teplým vzduchem. Množství tepla přeneseného z bodu A do bodu B klidně může být 30 krát vyšší než výkon ventilátoru, který proud vzduchu pohání.
Protiproudové výměníky tepla jsou minulostí. V současnosti se používají rotační výměníky tepla, které přenášejí teplo z teplejšího vzduchu do studenějšího vzduchu. Jak bude spojené svalové čerpadlo s rotačním výměníkem tepla, tak bude moct teplo proudit opačným směrem. Bude na to stačit výkon o velikosti většího ventilátoru.
Tepelná čerpadla se nevyplácejí, i když mají 3-4 krát nižší spotřebu energie proto, že mají nízkou životnost, množství servisování a vysokou pořizovací hodnotu. Ale svalové čerpadlo je levné, bezúdržbové a potřebuje 7 krát méně energie než tepelné čerpadlo. A zastane i funkci rekuperace.
Re: Bude to převrat ve vytápění
Tomas Zejda,2019-04-10 23:37:24
Jen poupravim nektere polopravdy. Ucinnost se u tepelnych cerpadel oznacuje zkratkou COP. A uvadi se jako bezrozmerne cislo, protoze se pocita jako pomer "chladici" energie ku dodane energii stroje. Hodnoty nad 100% nedavaji smysl uz jen z definice vypoctu procent, ze.
Termodynamicke zakony budou platit i pro tuto technologii kovu s pameti.
Netusim proc by byl protiproudy vymenik minulosti, obzvlaste potrebujete-li separovat dve media hermeticky. Mozna byla myslena pouze rekuperace vzduchu, kde opravdu rotacni vymenik ma sve nesporne vyhody (rozmer, ucinnost), ale nemuze byt pouzit pro ciste prostory atd...
Generalizace zivotnosti tepelnych cerpadel, jak to jen ric, jsou tepelna cerpadla a Tepelna cerpadla. Pokud budeme uvazovat spravne navrzene a aplikovane tepelne cerpadlo, jeho zivotnost muze lechce presahovat 15let. Samotne kompresory, at uz pistove, scrollove nebo rotary sestrojene jak v hermetickem nebo semihermetickem provedeni maji pomerne dlohou zivotnost. Myslim, ze kazdy znas zna lednicku, ktera ma vice jak 10 nebo 15 let. A v te lednicne bude vetsinou hermeticky pistovy kompresor.
Na druhou stranu, tepelne cerpadla vzduch - vzduch jsou hodne problematicka, a maji opravdu kratkou zivotnost, ale to by bylo na samotny clanek. Tepelne cerpadlo voda - brine je pak uplne nekde jinde a urcite pak nenaplnuje predstavu kratke zivotnosti.
Re: Re: Bude to převrat ve vytápění
Lenka Svobodová,2019-04-12 10:46:36
Vy říkáte: Hodnoty nad 100% nedavaji smysl uz jen z definice vypoctu procent, ze.
Když byste třeba popisoval prodlužování dálnic, tak by zase hodnoty nižší než 100% nedávaly smysl. Například dálnice by byly prodloužené o 200% na 300%.
Tepelné čerpadlo se používá budˇ k chlazení nebo termodynamickému vytápění. Efektivita (coeficient of perfomance; COP či jen CP) je buď teplý tok / příkon; nebo IstudenýI/příkon;
Josef Hrncirik,2019-04-15 07:35:11
Z těchto definic plyne že je nutno rozlišovat zda popisujeme chlazení nebo ohřev, proto by COP či CO to je mělo být jasně indexováno např. COPh či COPc, pokud jako obvykle zařízení lze použít k ohřevu i chlazení.
Z definice totiž platí COPh = 1 + COPc.
COPh i COPc závisí na teplotě teplého i studeného proudu i na tom zda zařízení pracuje v oblasti optimálního návrhu či příkonu. Mimo indexy režimů chodu je tedy nutno uvést i teplotu proudů a např. příkon či výkon.
Větších COP lze dosáhnout při nižších hodnotách podílu (Th-Tc)/Th a v režimu rozumně menším než nominální výkon.
COP však nikdy nemůže přesáhnout hodnoty Carnotova cyklu
COPh = Th/(Th-Tc) či COPc = Tc/(Th-Tc); Teploty v čitatelích pochopitelně musí být absolutní a ve jmenovatelích stejného druhu.
Re: Re: Re: Bude to převrat ve vytápění
Josef Hrncirik,2019-04-15 08:09:55
Při dostatečném GW to ani nemusí být převrat v thermodynamice.
Uváděné neobvykle vysoké hodnoty COPh = 30 Carnot lehce dosahuje euroteplotou radiátorů 20°C a čerpáním z běžné zimní teploty 10°C. Navíc při 20°C nemůže lenošit.
Pro udržení této činorodé teploty v GW létě pak venku nesmí být více než značně tropických globálních 30°C.
Igloo pak lze udržitelně vytápět na 273K, pokud venku nebude větší Mrazík než -9°C.
Účinností Alojz Memory Motors se zabývá 10.1117/12.539008
Josef Hrncirik,2019-04-15 12:06:18
Vědec ze Sandia National Lab. suše konstatuje, že prakticky použitelná pracovní látka pekelného či tepelného stroje musí při zahřátí silně expandovat.
Proto je čertík vyskakující z krabičky energií stlačené i superelastické pružiny prakticky nepoužitelný, podobně jako čert bimetalický.
Nepomáhá ani přísně uspořádaný bimetalizmus atomární úrovně nitinolu. Superelasticita nitinolu je prý stejně jen pseudosuperplasticita, navíc zatížená značnou hyster/i/(es)í.
Ohřevem manipulovatelná (pomalu a obtížně uvolnitelná mechanická energie max. jen 12,6 kJ/kg nitinolu odpovídá jen cca 0,8 ml onačejšího energetického matroše CL-20 a dodala by nitinolu max. rychlost jen 0,5 M.
Použití nitinolových matic, šroubů či hřebíků však zcela nezavrhuje. W, ba ani litinu však nemohou ani zdaleka nahradit.
Tepelný stroj využívá teplo nejlépe při Carnotově návrhu se 2 izotermami a 2 adiabatami.
Adiabatické části cyklu však nelze kvůli malé použitelné kompresi či expanzi nitinolu provést. Lze však snadno provést Stirlingův či Ericsonův cyklus.
Tyto cykly na řízeném trhacím stroji s regulací teploty, tahu a zatížení proměřil a vyhodnotil získanou práci v cyklech za různých podmínek a z tepelné bilance odhadl neslavnou účinnost tepelného motoru s touto nevhodnou pracovní látkou na 1,1-1,4%.
Mezi použitými tepelnými zásobníky 100°C; a 25°C by Carnot měl účinnost až cca 36%.
V pracovním cyklu stroj uvolnil max. cca 400 J/kg nitinolu. Při frekvenci 1 Hz by to tedy bylo cca 400 W/kg nitinolu. Více nelze získat. Při větším zatížení cyklicky zatěžované drátky odmítají trénovat i pracovat a raději praskají.
Pochopitelně na trhačce nepracoval s frekvencí ani 0,01 Hz.
Re: Re: Re: Bude to převrat ve vytápění
Jiří Pospíšil,2019-04-17 20:43:51
Není vhodnější napsat, že byly prodlouženy na trojnásobek? To stačí. Není třeba psát o kolikanásobek.
Ta procenta jsou ošidná. Když se napíše, že akcie vzrostla o padesát procent, a pak po krátké době o padesát procent poklesla, mnoho lidí si myslí, že akcie před vzestupem a po následném poklesu měla stejnou hodnotu.
Re: Re: Re: Re: Bude to převrat ve vytápění
Martin Pravda,2019-06-17 18:06:08
Mohlo by vás zajímat video Elastocaloric Continuous Heating and Cooling Unit https://www.youtube.com/watch?v=eP6JD5OKroI
Bylo zveřejněno 2 měsíce po článku na osel.cz
Na stránky jsem narazil náhodou při hledání klimatizace :)
Re: Bude to převrat ve vytápění
Jiří Pospíšil,2019-04-17 21:22:30
Zajímal by mě nákres a popis toho svalového čerpadla. Včetně toho, čím a jak bude poháněno, kudy budou proudit teplonosná media, a která to budou. Kondenzovanou vodu můžete z popisu vynechat, pokud mediem bude vzduch. Zejména mě zajímá, jak bude spojeno s rotačním výměníkem tepla.
A to už pomíjím to, že rotační výměník tepla je ve skutečnosti také protiproudový, jen se teplo nepředává přes membrány, ale přes rotační těleso.
Vaše přesvědčení, že protiproudové výměníky tepla jsou minulostí mi přijde značně přehnaná, vyrábějí a prodávají se stále a nejsou nějak poruchová ani neúčinná.
To nadšení pro technicky možné, ale neprověřené, nevyráběné a neprodávané a vlastně využitelně ještě neexistující zařízení mi připadá jako z Nedbálky nebo VaTM.
"Ostří břitvy překonáno, nyní Gillette Super Silver". Pamatujete? Už je to pryč. Už ani nevím, jestli je to Fusion ProGlide Power nebo co vlastně není minulosti.
Hlavní je vypnout to všechno, než se otevře okno. Tuhle jsem četl od jednoho člověk z Floridy, že když mu tam lítají tři děti dovnitř a ven a nechávají otevřené dveře a to furt, tak se to nedá klimatizovat za málo peněz.
Re: Re: Bude to převrat ve vytápění
Martin Pravda,2019-06-24 17:21:08
Ještě jsem se vrátil k diskuzi cosi vyhledat a zjistil, že jsem reagoval na jiný příspěvek (přestože stejného autora, nemusel v něm mít nastaveno zasílání reakcí).
Nákres a popis toho svalového čerpadla je na:
Elastocaloric Continuous Heating and Cooling Unit
https://www.youtube.com/watch?v=eP6JD5OKroI
chladí i ohřívají
Bohumil Zástěra,2019-04-07 08:42:21
A dle přiloženého obrázku vidím, že i pěkně svítí
"a konečně taky někdo chytil druhou TD větu za k...."
Re: chladí i ohřívají
Josef Hrncirik,2019-04-08 09:53:15
Navíc se z toho valí mlhy sody ze suchého ledu.
Whisky byla zkonzumována okamžitě neředěná a teplá.
Už zbyl jen CO2 k inhalaci.
Pokus o lednicku vyuzivajici podobneho principu s gumickami
Jiri Novak,2019-04-07 05:57:10
https://www.youtube.com/watch?v=lfmrvxB154w
David Dobeš,2019-04-05 11:27:35
"NiTinol" - opravdu zajímavá slitina a její modifikace :-)
Pokud by zařízení přijímalo/vydávalo část energie ze vzduchu, tak by se podle mne muselo jednat o dvoudílnou technologii, kde příjem/výdej energie by se odehrával na obrácené straně, než potřebujeme "výkon". Nějaké řešení, předávající energii, by se zde objevit muselo - např. obdobné jako dnešní splitové jednotky (tekuté médium). Ale i třeba přímá přeměna na elektrickou energii (vykazuje horši efektivitu a proto se v širší míře kromě specifických situací dnes neprosazuje).
drobná úvaha
Pavel Foltán,2019-04-05 09:45:21
Z článku:
"Rozdíl mezi teplotami zmíněné slitiny v původním tvaru a slitiny pozměněného tvaru přitom může být až 20 °C."
"… se tyto stenty pohybují, napínají a ohýbají podle pohybů pacienta."
Představa, že mám v někde v cévě "cosi", co je schopno se ohřát či ochladit z tělesné teploty cca 37 stupňů o dvacet stupňů nahoru či dolů mne moc netěší.
Chápu že je tam slovíčko "až".
Re: drobná úvaha
Václav Dvořák,2019-04-06 00:21:09
A jak by se to asi ohřálo, když se to nachází v prostředí s termoregulační stabilitou???
Zkuste nejdřív přemýšlet a pak teprve hledat body ke kritice.
Re: Re: drobná úvaha
Pavel Foltán,2019-04-06 03:42:09
Pane Dvořáku, moc se vám omlouvám, že jsem vás mým naprosto nevinným a nekritickým komentem tak moc rozčilil, až vás to přinutilo k písemné reakci.
Nebyla to ani v nejmenším kritika, ale pouhé podivení laika.
Případnou kritiku rád ponechám vědcům vašeho ražení a erudice.
Pokoušet se vám vysvětlit co jsem měl na mysli, mi připadá naprosto zbytečné a neproduktivní.
Zbytečná jedovatost příspěvku.
Vojta Ondříček,2019-04-06 04:47:36
Ten stent je v rytmu srdečního tepu (je-li někde na srdci) mechanicky namáhán - při natažení, nebo stlačení přemění onu mechanickou energii na energii tepelnou. To znamená, že se rytmicky zahřeje a ochladí. To +teplo a -teplo předává a odebírá jak proudící krvi, tak tepně. Protože ten stent je jen málo dynamicky namáhán předává a odebírá jen málo tepla svému okolí. Tak málo, že teplotní diference bude zanedbatelná. Ne tedy 20K, ale asi ani 1K a dost možná, že půjde o desetiny, či setiny K.
To ohřátí o 20K uvedené v článku je docíleno zajisté napnutím drátu až na hranici elasticity. Tohle u stentu sotva hrozí.
Re: Re: Re: drobná úvaha
Václav Dvořák,2019-04-06 10:45:17
Hmm, kdybyste napsal, že jste plavec-otužilec pod ledem, máte stenty v rukou a nohou, tak by to mohl být zajímavý argument. U špičkových otužilců může dojít ke snížení tělesné teploty až na 32 stupňů (zjistěte si něco například o metodě WHM). Není to sice těch 20, ale jen 4-5 K - i to by už nějakou roli hrát mohlo.
Například takovou, že daná místa by zůstávala víc ohřátá proti okolí a naopak, takže by to hrálo roli nějaké tepelné brzdy, horší by to mohlo být s průtokem v cévě díky postupnému stažení materiálu.
Perpetuum mobile?
Jozef Dobrovolný,2019-04-05 09:34:39
"Výkon ochlazování či ohřevu je u nového systému až třicetkrát vyšší, než je mechanická síla potřebná k deformacím a opětovnému návratu tvaru kovových svalů."
Prosím vás to je nějaký druh perpetuum mobile? Vysvětli mi to prosím někdo?:)
Re: Perpetuum mobile?
Miroslav Novak,2019-04-05 11:55:20
Zrejme vykon a mechanicka sila popisuju dve rozdielne fyzikalne veliciny. Nieco ako: Mam vo flasi o dva litre viac vody, ako je moja telesna teplota.
Žádné Perpetuum mobile !
Vojta Ondříček,2019-04-05 14:31:18
V článku z 2016-02-02 (https://idw-online.de/de/news645393) sice nepíší nic o mechanicko-tepelné účinnosti, ale o principu přeměny mechanické energie (produkt síly a deformace) na tepelnou energii. Děje se to ve slitině oněch kovů změnou molekulární fáze vyvolané mechanickou deformací (napětím, nebo stlačením).
Ten údaj o změně teploty této slitiny o 20K má pochopitelně vztah k její hmotnosti a teplotnímu koeficientu. Limitující bude asi mechanická elasticita materiálu.
V článku je též nákres takového Q-mech Q-therm výměníku. Jedná se o svazek drátů napnutých mezi dvěmi vyosenými rotujícími štíty, kdyí v horní úvrati docház k maximálnímu natažení drátu a v dolní úvrati k maximálnímu uvolnění onoho drátu. Při natahování drátu pak dochází k jeho ohřevu a při uvolnění drátu k jeho ochlazení. Vertikální proudy média (zde vzduchu) odebírají teplo drátu (zde levá strana nákresu), nebo mu je na opačné straně předávají.
Re: Perpetuum mobile?
Jirka Niklík,2019-04-05 17:07:48
Srovnávat jablka s hruškami je už moc otřepané. Srovnávat výkon s mechanickou silou zní učeněji.
Re: Perpetuum mobile?
Josef Šoltes,2019-04-05 22:56:01
Hádám, že chtěli říct nutná vydaná elektrická energie. To samé přece platí i u tepelného čerpadla, tam vydáte 300 W elektrických, ale získáte v teplu třeba 1200 W. Perpetuum mobile to není, jak sám dobře víte. A že je to blbě napsané, to je holt život, začínám si zvykat.
Re: Re: Perpetuum mobile?
Alexandr Kostka,2019-04-06 18:17:18
Pokud tady na "přečerpání" 1500W tepla stačí 50W elektřiny, tak už by to teoreticky mohlo jít využít i k jejímu generování. Najít nebo vyrobit soustavu schopnou z rozdílu 20C generovat proud. Ale i tak by to nebylo perpetuum mobile, energii dodává teplý vzduch.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
