制冷业或迎绿色革命 中国团队打破不可能三角关系设计四步循环

  中新网北京1月22日电 (记者 孙自法)中国科学家团队最近在世界上首次发现“溶解压卡效应”,基于该效应一举打破了长期以来困扰制冷材料领域的“低碳-大冷量-高换热”不可能三角关系,并设计出一套高效的四步循环系统,有望推动制冷行业迎来一场绿色革命。

本项研究成果相关示意图。中国科学院金属研究所 供图

  这项为下一代绿色制冷技术开辟全新路径的重大突破,由中国科学院金属研究所李昺研究员团队与合作者共同完成,相关成果论文北京时间1月22日凌晨在国际学术期刊《自然》上线发表。

  应对气候变化与节能减排需求

  论文共同通讯作者李昺研究员指出,制冷技术是现代社会的基石,目前广泛使用的气体压缩制冷技术虽贡献了中国约2%的国内生产总值(GDP),却也消耗了近20%的电力,并产生了7.8%的碳排放。

  为应对气候变化与节能减排需求,中国科学院金属研究所科研团队近年来着力开发固态相变制冷材料,这类材料通过压力或磁场变化实现吸放热,避免了气体制冷剂的排放问题。然而,固态材料固有的导热慢、界面热阻大等缺陷,严重制约了其在实际大功率场景中的应用。

  攻克制冷材料领域三大核心挑战

  在本项研究中,科研团队在实验中发现,硫氰酸铵溶液在压力变化下表现出惊人的热效应:加压时盐析出并放热,卸压后盐迅速溶解并强力吸热,室温下溶液温度可在20秒内骤降近30°C;在高温环境下降温幅度更高,远超已知固态相变材料性能。这一现象被命名为“溶解压卡效应”。

  李昺表示,该效应的突破性在于将制冷工质与换热介质合二为一:利用溶液本身流动性实现高效传热,并通过溶解/析出过程提供巨大冷量,有望同时攻克制冷材料领域的低碳排放、大制冷量、高换热效率三大核心挑战,也就是打破“低碳-大冷量-高换热”的不可能三角关系。

  奠定下一代制冷技术关键基础

  基于“溶解压卡效应”,研究团队设计出“加压升温→向环境散热→卸压降温→输送冷量”这一套高效的四步循环系统,单次循环即可实现每克溶液吸收67焦耳热量,理论效率高达77%,展现出优异的工程应用潜力。

  “这项研究不仅提供了一种全新的制冷原理,更为发展高效、环保、可扩展的下一代制冷技术奠定了关键科学基础,在大型数据中心热管理方面潜力巨大。”李昺总结说。(完)

【编辑:张燕玲】
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