我國學者在彈熱制冷研究方面取得進展

　　圖（A）滾輪驅(qū)動兩組SMA制冷的系統(tǒng)原理圖

　?。˙）實測功回收效率與無動能回收的理論功回收效率對比

　　在國家自然科學基金項目（批準號：52376015、52341601）等資助下，西安交通大學錢蘇昕教授、薛德禎教授、何雅玲院士在彈熱制冷器件方面取得進展。研究成果以“高效滾輪驅(qū)動的彈熱制冷系統(tǒng)（Efficient roller-driven elastocaloric refrigerator）”，于2024年8月22日發(fā)表在《自然?通訊》（Nature Communications）雜志上。論文鏈接為：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51632-y。

　　據(jù)統(tǒng)計，制冷行業(yè)的碳排放占全球總碳排放的7.8%，因高GWP（溫室效應(yīng)指數(shù)）制冷劑泄露至大氣產(chǎn)生的直接碳排放約占其中的20%。具有零GWP特性的彈熱制冷為實現(xiàn)制冷行業(yè)的雙碳目標提供了新的技術(shù)途徑。彈熱制冷是利用形狀記憶合金在單軸應(yīng)力作用下發(fā)生可逆相變，并利用該相變潛熱制冷的新型固態(tài)制冷技術(shù)，具有高體積能量密度、高理論效率等突出優(yōu)勢。雖然彈熱制冷材料層面的效率高達80%熱力完善度，但現(xiàn)有彈熱制冷系統(tǒng)層面的效率只有不到5%。所以，揭示制約彈熱制冷系統(tǒng)效率的瓶頸因素，進行深入理論研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)效率，對彈熱制冷技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

　　為此，團隊從新材料和新機械能回收方法兩方面進行了研究。材料方面，團隊研制了大批量制備更高效TiNiCu三元合金的新工藝，可以制備晶粒尺寸均勻的kg級TiNiCu塊材，在材料層面獲得了125%的效率提升；系統(tǒng)層面，團隊首次提出了滾輪驅(qū)動的新架構(gòu)（圖A），通過匹配適量的轉(zhuǎn)動慣量儲存轉(zhuǎn)動動能，突破了現(xiàn)有往復(fù)式功回收設(shè)計無法回收起始階段負功的局限性，獲得了78%的功回收效率（圖B），超越了國際上公認的往復(fù)式功回收65%的理論效率極限。通過材料和系統(tǒng)兩個層面的研究，獲得了零溫跨時1.27的系統(tǒng)級制冷性能系數(shù)，大幅度促進了彈熱制冷系統(tǒng)的效率提升。