工程师开发出效率创纪录的环保冷却装置

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香港科技大学工学院研究人员研发出一种环保型制冷装置，其制冷效能创下纪录，为转型依赖制冷的行业及减少全球能源使用奠定基础。
新型弹热冷却技术的效率提高了 48% 以上，为加速这一颠覆性技术的商业化和解决传统冷却系统带来的环境挑战开辟了一条充满希望的道路。
传统的蒸汽压缩制冷技术依赖于全球变暖潜能值较高的制冷剂。基于形状记忆合金（SMA）循环相变潜热的固态弹热制冷提供了一种环境友好的替代方案，其特点是无温室气体、100%可回收和节能的SMA制冷剂。
但是，20 到 50 K 之间的温升相对较小，而温升是冷却装置将热量从低温源传输到高温散热器的能力的关键性能指标，这阻碍了这项新兴技术的商业化。
为了克服这一挑战，机械与航空航天工程系孙庆平教授和姚树怀教授领导的研究团队开发了一种由镍钛（NiTi）形状记忆合金制成的多材料级联弹热冷却装置，并打破了其冷却性能的世界纪录。
他们选取三种不同相变温度的NiTi合金分别工作于冷端、中间端和热端，通过使各单元的工作温度与相应的相变温度相匹配，将整个装置的超弹温度窗口拓展到100K以上，使每个NiTi单元都工作在最优温度范围内，显著提升了冷却效率。
所建成的多材料级联弹热冷却装置实现了水侧75K的温升，打破了此前50.6K的世界纪录。其研究成果以《一种可实现大温升的多材料级联弹热冷却装置》为题发表在《自然能源》杂志上。
研究团队在开发弹热冷却材料和结构方面取得了成功，并在顶级期刊上发表了多项专利和论文。在此基础上，研究团队计划进一步开发用于零下弹热冷却和高温热泵应用的高性能形状记忆合金和设备。他们将继续优化材料性能，开发高能效制冷系统，推动这项创新技术的商业化。
空间制冷和供暖占全球总电力消耗的20%，据业内估计，预计到2050年将成为全球第二大电力需求来源。
孙教授表示：“未来，随着材料科学和机械工程的不断进步，我们相信弹性热制冷可以提供下一代绿色节能的冷却和加热解决方案，满足全球巨大的制冷市场，解决脱碳和减缓全球变暖的紧迫任务。”
更多信息： Zhou 等人，用于大升温的多材料级联弹热冷却装置，《自然能源》（2024 年）。DOI ：10.1038/s41560-024-01537-3
期刊信息： 《自然能源》