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博士研究生 Felix Welsch 和 Susanne Marie Kirsch 与原型“肌肉”机器。照片:奥利弗·迪茨

德国:萨尔大学的工程师将在下个月的汉诺威博览会上展示使用形状记忆材料的原型加热和冷却系统。

该机器能够使用由镍钛制成的“肌肉”传递热量。镍钛合金也称为镍钛诺,是一种形状记忆材料,当它在超弹性状态下受到机械载荷时会向周围环境释放热量,并在卸载时从周围环境吸收热量。

这种不寻常的特性是镍钛诺也被称为智能合金或肌肉线的原因。Stefan Seelecke 和 Andreas Schütze 教授领导的研究小组利用了这种效应,他们开发了一种环保的加热和冷却系统,据说其效率是传统加热和冷却设备的两到三倍。

据说欧盟委员会和美国能源部都对新工艺进行了评估,并认为它是现有蒸汽压缩制冷系统最有前途的替代技术。

原则

基本原理很简单,主要涉及使特定的形状记忆合金(在这种情况下为镍钛)进行受控的加载/卸载循环。

“合金晶格中发生的相变释放或吸收潜热,这取决于材料处于循环的哪个部分,”Stefan Seelecke 教授解释说。据说这种效果在由镍钛制成的电线中尤为明显。

研究发现,当预应力镍钛诺线在室温下卸载时,它们会冷却多达 20º。当电线受到机械负载时,它们会以相似的量加热,因此该过程也可以用作热泵。

该原型机据称是第一台使用该工艺冷却空气的连续运行机器。该团队设计并开发了一种正在申请专利的凸轮驱动器,其旋转可确保 200 微米厚的镍钛诺线束交替加载和卸载,从而尽可能有效地传递热量。空气在两个独立的腔室中吹过纤维束:在一个腔室中空气被加热,在另一个腔室中被冷却。因此,该设备既可以用作热泵,也可以用作冰箱。

高效的

据说该系统非常高效。根据所使用的合金,系统的加热或冷却功率比装载和卸载合金线束所需的机械功率高 30 倍。据研究人员称,这已经使新系统的性能至少是传统热泵的两倍,是传统冰箱的 3 倍。

“我们的新技术也是环保的,不会损害气候,因为传热机制不使用液体或蒸汽。因此,空调系统中的空气可以直接冷却,无需中间换热器,而且我们不必使用无泄漏的高压管道,”Seelecke 教授解释说。

优化

该团队目前正致力于进一步优化系统内的热传递,以进一步提高新技术的效率。目标是达到几乎所有来自相变的能量都用于加热或冷却的阶段。

萨尔布吕肯工程师团队将于 4 月 1 日至 5 日在今年的汉诺威博览会上在萨尔研究与创新展台展示该技术

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