新型環保制冷裝置制冷效率刷新紀錄

近日，香港科技大學（港科大）工學院的研究團隊開發了一個新型環保制冷裝置，其制冷效率大幅增加逾48%，刷新世界紀錄，有望減少全球能源消耗，為依賴制冷技術的行業轉型帶來新思路。相關研究成果發表于《自然—能源》。

傳統的蒸氣壓縮制冷技術常用的制冷劑容易對環境造成污染。因此，科學家一直研究對環境友善的替代方案，其中，基于形狀記憶合金循環相變潛熱固態彈卡制冷技術尤為重要。這種技術使用的形狀記憶合金制冷劑不僅不含溫室氣體，可100%回收利用。然而，所有已開發裝置的溫差，即顯示制冷設備將熱量從低溫源傳遞到高溫散熱器的能力指標，大部分相對較小——約20至50開爾文，大大阻礙了這一新興技術的商業化。

為了應對這個挑戰，港科大機械及航空航天工程學系教授孫慶平、姚舒懷團隊，研發了一種多材料級聯彈卡制冷裝置，并成功打破這款裝置的制冷效能世界紀錄。

他們選擇了三種具有不同相變溫度的鎳鈦合金，分別在冷端、中間端和熱端工作。通過匹配各單元的工作溫度與相應的相變溫度，整體裝置的超彈性溫度窗口擴大至100開爾文以上，使得每個鎳鈦單元均能在其最佳溫度范圍內工作，顯著提升了制冷效率。該多材料級聯彈卡制冷裝置在水側實現了75開爾文的溫差，超越了此前的50.6開爾文的世界紀錄。

多年來，研究團隊在彈卡制冷材料和結構取得豐碩的研究成果，基于此，團隊將進一步開發高性能形狀記憶合金和設備，以用于零度以下的彈卡制冷和高溫熱泵應用。他們將繼續優化材料特性，并開發高能效制冷系統，以推動這一技術的商業化。

目前，空間制冷和供暖占全球總電力消耗的兩成，預計至2050年，更會成為第二大全球用電需求。共同通訊作者孫慶平表示：“未來，隨著材料科學和機械工程技術的不斷進步，我們有信心讓彈卡制冷技術有望成為下一代環保、高效的制冷和供暖解決方案。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01537-3

港科大團隊研發的新型制冷裝置 港科大供圖