Weltraum-Kühlschrank: Kühlen mit Infrarot-Abstrahlung ins All

Artikel von Carla Columna am 3. November 2017 um 22:09 Uhr im Forum Wissenschaft & Forschung - Kategorie: Wissenschaft

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Weltraum-Kühlschrank: Kühlen mit Infrarot-Abstrahlung ins All

3. November 2017   Carla Columna   Kategorie: Wissenschaft
Mit einem speziellen Aufbau kann die Wärme direkt durch die Atmosphäre in den kalten Weltraum transportiert werden. Kalifornische Forscher konstruierten einen Weltraum-Kühlschrank Prototypen. „Ein solcher Kühler muss thermisch von allem entkoppelt werden außer vom Weltraum“, sagt Zhen Chen von der Stanford University. Dann kann die Wärme durch die Atmosphäre der Erde, die für Wärmestrahlung zwischen 8 und 13 Mikrometer Wellenlänge durchlässig ist, bis ins All abgegeben werden. Der entwickelte Weltraum-Kühler, basiert auf einer guten Isolierung und einem Filtermaterial für Wärmestrahlung. In ersten Versuchen erzielten sie einen Kühleffekt mit bis zu 42 Grad unter der Umgebungstemperatur.

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Der Prototyp besteht aus einem Edelstahlzylinder mit etwa 10cm Durchmesser. In diesem montierten sie zehn stark reflektierende Schichten, um möglichst viel Licht und Wärmestrahlung abzuschirmen. Danach wurde dem Zylinder die Luft entzogen, damit dank des Vakuums keine Wärme über Konvektion in den Kühlbereich gelangen kann. Das essentielle Bauteil war jedoch ein Deckel aus Zinkselenid, durch den Wärmestrahlung zwischen acht und 13 Mikrometer Wellenlänge entsprechend des Infrarot-Fensters der Atmosphäre abgegeben werden konnte. Um den Infrarot-Kühlschrank vor einfallendem Sonnenlicht zu schützen, bauten sie noch mehrere Blenden auf.

Bei wolkenlosem Himmel sank die Temperatur im Innern des Zylinders durchschnittlich um 37,4 Grad im Vergleich zur Umgebungstemperatur. Tagsüber konnte eine Temperaturdifferenz von sogar 42 Grad erreicht werden; bei 16 Grad Außentemperatur kühlte das Systeminnere auf minus 26°C ab. Ein theoretisches Modell des Weltraum-Kühlers zeigte, dass im Idealfall maximal sogar eine Differenz von bis zu 60 Grad möglich ist.

Für technische Anwendungen wie Klimaanlagen oder Kühlschränke müsste dieser Weltraum-Kühler deutlich größer dimensioniert werden. Wegen der hohen Kosten für das Zinkselenid-Fenster ist dies allerdings momentan wenig Sinnvoll. Die effizientesten Kühl- Gefrierkombinationen im Handel nutzen immer noch das Wärmepumpenprinzip. Möglicherweise finden sich aber günstigere Materialien mit denen ein wirtschaftliches Kühlsysteme möglich wird. Die photonische Kühlung über Abstrahlung würde auch ohne Strom funktionieren.

Quelle: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms13729
 

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