Исследователи из Школы инженерии Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработали экологически чистое холодильное устройство с рекордной производительностью охлаждения, что открывает возможности для трансформации отраслей, зависящих от охлаждения, и сокращения глобального потребления энергии.
Благодаря повышению эффективности более чем на 48% новая технология эластокалорического охлаждения открывает многообещающие возможности для ускорения коммерциализации этой революционной технологии и решения экологических проблем , связанных с традиционными системами охлаждения.
Традиционная технология паровой компрессии охлаждения основана на хладагентах с высоким потенциалом глобального потепления. Твердотельное эластокалорическое охлаждение, основанное на скрытой теплоте в циклическом фазовом переходе сплавов с эффектом памяти формы (SMA), обеспечивает экологически чистую альтернативу с ее характеристиками не создающих парниковых газов, 100% перерабатываемых и энергоэффективных хладагентов SMA.
Однако сравнительно небольшой подъем температуры в диапазоне от 20 до 50 К, который является критическим показателем эффективности способности охлаждающего устройства передавать тепло от низкотемпературного источника к высокотемпературному поглотителю, препятствует коммерциализации этой новой технологии.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская группа под руководством профессора Сунь Цинпина и профессора Яо Шухуая с кафедры машиностроения и аэрокосмической техники разработала многокомпонентное каскадное эластокалорическое охлаждающее устройство, изготовленное из сплавов с эффектом памяти формы на основе никель-титана (NiTi), и побила мировой рекорд по эффективности охлаждения.
Они выбрали три сплава NiTi с различными температурами фазового перехода для работы на холодном конце, промежуточном конце и горячем конце соответственно. Благодаря согласованию рабочих температур каждого блока с соответствующими температурами фазового перехода общее окно сверхэластичных температур устройства было расширено до более чем 100 К, и каждый блок NiTi работал в своем оптимальном температурном диапазоне, что значительно повысило эффективность охлаждения.
Созданное многокомпонентное каскадное эластокалорическое охлаждающее устройство достигло подъема температуры на 75 К со стороны воды, превзойдя предыдущий мировой рекорд в 50,6 К. Их научно-исследовательский прорыв под названием « Многокомпонентное каскадное эластокалорическое охлаждающее устройство для большого подъема температуры » был опубликован в журнале Nature Energy .
Опираясь на успех в разработке эластокалорических охлаждающих материалов и архитектур с многочисленными патентами и статьями, опубликованными в ведущих журналах, исследовательская группа планирует и дальше разрабатывать высокопроизводительные сплавы с эффектом памяти формы и устройства для эластокалорического охлаждения при минусовых температурах и высокотемпературных тепловых насосов. Они продолжат оптимизировать свойства материалов и разрабатывать высокоэнергоэффективные холодильные системы для стимулирования коммерциализации этой инновационной технологии.
На охлаждение и отопление помещений приходится 20% от общего объема потребления электроэнергии в мире, и, по оценкам отрасли, к 2050 году они станут вторым по величине источником мирового спроса на электроэнергию.
«В будущем, благодаря постоянному развитию материаловедения и машиностроения , мы уверены, что эластокалорическое охлаждение сможет обеспечить экологически чистые и энергоэффективные решения для охлаждения и отопления следующего поколения, которые будут удовлетворять потребности огромного мирового рынка холодильного оборудования, решая неотложную задачу декарбонизации и смягчения последствий глобального потепления», — сказал профессор Сан.
