Дослідники Гонконзького університету науки та технологій (HKUST) представили революційний еластокалоричний охолоджувач, який вперше демонструє стабільну роботу протягом понад мільйона циклів без деградації характеристик.
Проблема традиційного охолодження та пошуки альтернатив
Сучасна холодильна індустрія надто залежить від енергомістких парокомпресійних систем, які використовують холодоагенти, що посилюють парниковий ефект і пошкоджують озоновий шар. Еластокалоричне охолодження, засноване на зворотному фазовому перетворенні сплавів з ефектом пам’яті форми під дією механічної напруги, давно розглядається як екологічна альтернатива. Однак перепона на шляху до масового впровадження — структурна втома матеріалів, яка швидко погіршує охолоджувальні характеристики пристрою.
Широко використовуваний нікель-титановий сплав (NiTi) з часом втрачає свої властивості, що обмежує комерційне застосування еластокалоричних систем.
Інноваційний матеріал та конструкційні рішення
Команда під керівництвом професора Сунь Цинпіна розробила новий четвертинний сплав TiNiCuCo з ефектом пам’яті форми, який забезпечує стабільні еластокалоричні характеристики під час численних циклічних фазових переходів. На відміну від традиційного NiTi матеріалу, новий сплав гарантує надійну роботу холодоагенту завдяки його здатності виділяти та поглинати приховане тепло без втрати ефективності.
Для підвищення продуктивності дослідники розробили двошарову ребристу конструкцію холодоагенту, яка:
- поліпшує теплопередачу між холодоагентом та навколишнім середовищем;
- підвищує стійкість до механічного вигину;
- зменшує кількість компонентів на 50%;
- знижує частку непотрібних деталей з 15% до 5%.
Результати випробувань та перспективи
Розроблений еластокалоричний охолоджувач показав видатні результати в експериментах: постійна потужність охолодження 400 Вт, стабільний перепад температур 41°C протягом понад мільйона циклів без будь-якого погіршення характеристик. Прискорені випробування матеріалу TiNiCuCo виявили відсутність функціональної деградації навіть після 100 млн циклів, що дає підстави очікувати понад 10-річного строку служби в реальних умовах.
Професор Сунь Цинпін повідомив, що дослідницька група вже працює над кондиціонером на основі цієї розробки. Далі передбачено підвищення енергоефективності, питомої потужності та загальної конкурентоспроможності еластокалоричних охолоджувальних систем на ринку.
Результати дослідження опубліковані в науковому журналі Joule.
