2021, Beyer, L., Weise, B., Freudenberger, J., Hufenbach, J.K., Gottschall, T., Krautz, M.

Gd cladded in a seamless 316L austenitic steel tube has been swaged into wires by the powder-in-tube (PIT) technology, resulting in an outer diameter of 1 mm, a wall thickness of approx. 100 µm and a filling factor of around 62 vol%. Such wires provide an advantageous geometry for heat exchangers and have the benefit to protect the Gadolinium, i.e. from corrosion when being in contact with a heat transfer fluid. The magnetocaloric composite has been studied by static and pulsed magnetic-field measurements in order to evaluate the performance of Gd as a core material. By the analysis of magnetization and heat capacity data, the influences of deformation-induced defects on Gadolinium are presented. The subsequent heat treatment at 773 K for 1 h in Ar atmosphere allowed restoring the magnetic properties of the wire after deformation. Data of the pulsed magnetic-field measurements on the Gd-filled PIT-wires and a Gd–core separated from the jacket are presented, with an achievable temperature change of 1.2 K for the wire and 5.2 K for the Gd in 2 T, respectively. A comparison to previously studied La(Fe, Co, Si)13-filled composite wires is included. It indicates that performance losses due to the passive matrix material cannot be overcome only by an increased adiabatic temperature change of the core material, but instead the wire components need to be chosen regarding an optimized heat capacity ratio, as well.

2015, Lindackers, Dirk, Voigtländer, Ralf, Grasemann, Samuel, Seidemann, Torsten

Aus dem Projektziel der Weiterführung von Erforschung und Anwendung des Magnetokalorischen Effekts (MCE) generierte sich für das IFW die praktische Demonstration der Vervielfachung sowie Umkehrung der Temperaturänderung. Grundlegend wurden Arbeiten zur Optimierung von Magnetfeld, Probenform und Wärmetausch zwischen MCE-Material und Fluid vorangestellt. Nach umfangreichen theoretischen und kalkulatorischen Betrachtungen zum Magnetfeld, flossen diese Erkenntnisse direkt in die Entwicklung eines Zyklensimulators ein. Durch diese eigenerrichtete Versuchsanlage konnte das Magnetkonzept für den Demonstrator bestätigt und optimiert werden. Neben dem quasi Referenzmaterial Gadolinium wurde mit apparativer Unterstützung aus dem IFW Lanthan-Eisen-Silizium-Proben gefertigt. In nachfolgenden Untersuchungen wurden umfangreiche Testreihen zum effizienten Wärmetausch vom MCE-Material an das geeignetste Übertragungsfluid und zur bestmöglichen Probengeometrie absolviert. Die apparative Grundlage dazu stellt die thermische Testanlage des IFW dar. Eine Steigerung des technischen Aufwandes gegenüber dem Zyklierer zeigt sich in umfangreicher Sensorik und einem eigenen Messprogramm. Durch realitätsnahe Versuche im Feld eines starken Elektromagneten wurden wichtig Erkenntnisse für die Gestaltung des Probenmoduls im Demonstrator gewonnen. Der im IFW Dresden in Betrieb genommene MagKal-Demonstrator ermöglicht eine Vielzahl an Variationen von Parametern des magnetokalorischen Prozesses. Beispielgebend seien hier Durchfluss, Öffnungsverschiebung, Taktzeit, … genannt. Dieses Konzept erlaubt neben der Erweiterungsperspektive die Option für seriellen bzw. parallelen Betrieb der Module. Die Probenkammern der Module erlauben eine Untersuchung verschiedener Probengeometrien und /oder –materialien. Darüber hinaus können für diesen Demonstrator alle Parameter im Kühl- und Wärmepumpenbetrieb gefahren werden. Somit verschafft die Breite der experimentell beeinflussbaren Versuchsparameter dem Demonstrator einen unikalen Status. Diese Eigenschaften sind die wesentlichen Alleinstellungsmerkmale des im MagKal-Projekt entwickelten Demonstrators. Vielversprechende Ansätze zur Anwendung des erstellten Demonstrators gibt es für die ökologisch und energetisch optimierte technische Gebäudeklimatisierung, da in dieser Leistungsklasse vergleichsweise langsame Prozesse mit geringerer Temperaturdifferenz stattfinden. Es wird erwartet, dass es auf der Grundlage der Projektergebnisse gelingt, industrielle Kooperationspartner zur Weiterentwicklung in Richtung kommerziell verwertbarer Produkte zu gewinnen.