Понад мільйон циклів стабільної роботи: створено інноваційний еластокалоричний охолоджувач

Дослідники з Гонконзького університету науки та технологій (HKUST) представили перший у світі еластокалоричний охолоджувальний пристрій, який не деградує.

Сучасна холодильна промисловість використовує енергомісткі парокомпресійні системи із холодоагентами, що сприяють посиленню парникового ефекту та пошкоджують озоновий шар. Для усунення цих проблем дослідники з HKUST створили еластокалоричний охолоджувальний пристрій з твердотілим холодоагентом, стійким до зносу.

Пристрій забезпечує довготривале та екологічне охолодження, демонструючи стабільну роботу протягом понад мільйона циклів. Еластокалоричне охолодження покладається на зворотне фазове перетворення сплавів з ефектом пам’яті форми під дією напруги. Це екологічна альтернатива традиційним методам охолодження. Однак комерційне застосування обмежується погіршенням характеристик з часом та низькою надійністю.

Широке використання комерційного нікель-титанового сплаву з ефектом пам’яті форми як холодоагенту у більшості еластокалоричних охолоджувальних систем являє проблему. Цей матеріал з часом демонструє структурну втому, яка призводить до погіршення охолоджувальних характеристик.

Дослідники під керівництвом професора кафедри механічної та аерокосмічної інженерії HKUST Сунь Цинпіна створили зносостійкий матеріал з ефектом пам’яті форми й інтегрували його у конструкцію холодоагенту. Таким чином вдалось створити еластокалоричний охолоджувальний пристрій, стійкий до деградації й здатний підтримувати стабільну ефективність охолодження протягом тривалого часу.

Для цього був розроблений новий четвертинний сплав TiNiCuCo з ефектом пам’яті форми. Порівняно з традиційними матеріалами NiTi, новий матеріал забезпечує стабільні еластокалоричні характеристики протягом численних циклічних фазових переходів. Його здатність виділяти та поглинати приховане тепло гарантують стабільну та надійну роботу холодоагенту.

Дослідники створили двошарову ребристу конструкцію холодоагенту для підвищення ефективності теплопередачі та стійкості до вигину. За результатами випробувань, термін служби перевищує 10 млн циклів стиснення.

Архітектура пристрою була оптимізована для зниження теплових втрат та підвищення стабільності роботи. Конструкція дозволила скоротити кількість компонентів на 50% та зменшити кількість непотрібних деталей з 15% до 5%.

Готовий пристрій забезпечував постійну потужність охолодження 400 Вт й підтримував постійний перепад температур 41°C протягом понад мільйона циклів роботи без погіршення характеристик. Прискорені випробування на втому холодоагенту TiNiCuCo продемонстрували відсутність функціональної деградації після 100 млн циклів. Очікується, що в реальних умовах холодоагент стабільно працюватиме протягом понад 10 років.

Сунь Цинпін підкреслив, що наразі дослідники вже розробляють кондиціонер на основі власної розробки. Вони також планують підвищити енергоефективність, питому потужність та конкурентоспроможність еластокалоричних охолоджувальних систем.

Результати дослідження опубліковані в журналі Joule

Джерело: TechXplore