Новая эра тепловых насосов: гибкий сплав в 20 раз лучше нагревается и охлаждается при деформации

Специалисты из Школы инженерии Гонконгского университета науки и технологий разработали новый гибкий сплав из титана и ниобия, который нагревается при растяжении и охлаждается при сжатии.

Отмечается, что инновационный сплав Ti₇₈Nb₂₂ нагревается и охлаждается в 20 раз эффективнее обычных металлов. Это делает его альтернативой традиционным технологиям парокомпрессионного нагрева и охлаждения.

Тогда как традиционные металлы во время растяжения нагреваются не более чем на 0,2°С, температура этого сплава изменяется на 4-5°С за счет явления, называемого термоупругим эффектом. Свойства сплава можно сравнить с современными системами охлаждения, которые используют специальные газы и химикаты в качестве хладагентов.

Сплав достигает 90% от эффективности идеального цикла Карно, что служит пределом идеального теплового цикла. При этом традиционные твердотельные насосы ограничены 50-70% от идеального цикла Карно.

«Это открытие меняет давнее и устоявшееся представление о том, что термоупругий эффект слишком слаб, чтобы быть полезным. Наши исследования показывают, что линейная упругая деформация сама по себе может использоваться для высокоэнергоэффективной тепловой перекачки», — отмечают исследователи.

По их словам, похожие сплавы с особыми свойствами, которые меняют форму и температуру под давлением и называются ферроупругими, способны изменять собственную температуру еще больше — примерно на 22°С.

Сейчас системы отопления и охлаждения составляют половину мирового потребления энергии, преимущественно за счет сжигания ископаемого топлива. Традиционные тепловые насосы, использующие фазовые переходы, менее эффективны и требуют использования химикатов и газов в качестве хладагентов, что усиливает глобальное потепление. Предложенный сплав