圖（A）滾輪驅(qū)動(dòng)兩組SMA制冷的系統(tǒng)原理圖
（B）實(shí)測(cè)功回收效率與無(wú)動(dòng)能回收的理論功回收效率對(duì)比
在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：52376015、52341601）等資助下，西安交通大學(xué)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(jìn)展。研究成果以“高效滾輪驅(qū)動(dòng)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。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shí)現(xiàn)制冷行業(yè)的雙碳目標(biāo)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(shì)。雖然彈熱制冷材料層面的效率高達(dá)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(jìn)行深入理論研究和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)效率，對(duì)彈熱制冷技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
為此，團(tuán)隊(duì)從新材料和新機(jī)械能回收方法兩方面進(jìn)行了研究。材料方面，團(tuán)隊(duì)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(jí)TiNiCu塊材，在材料層面獲得了125%的效率提升；系統(tǒng)層面，團(tuán)隊(duì)首次提出了滾輪驅(qū)動(dòng)的新架構(gòu)（圖A），通過(guò)匹配適量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)?chǔ)存轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，突破了現(xiàn)有往復(fù)式功回收設(shè)計(jì)無(wú)法回收起始階段負(fù)功的局限性，獲得了78%的功回收效率（圖B），超越了國(guó)際上公認(rèn)的往復(fù)式功回收65%的理論效率極限。通過(guò)材料和系統(tǒng)兩個(gè)層面的研究，獲得了零溫跨時(shí)1.27的系統(tǒng)級(jí)制冷性能系數(shù)，大幅度促進(jìn)了彈熱制冷系統(tǒng)的效率提升。
0359-4830111
