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星星冷链星易购 2019-11-11 10:30

未来冰箱制冷可能只需“扭一扭”(上)


更加高效、节能、绿色、便携的制冷方式是人类不懈探索的方向。近日,在线出版的《科学》(Science)杂志刊文,报道了中美科学家联合研究团队发现的一种柔性制冷新策略——“扭热制冷”。研究团队发现,改变纤维内部的捻度可以实现降温。由于制冷效率更高、体积更小且适用于多种普通材料,基于该技术制成的“扭热冰箱”也变得前景可期。
这项成果来自于南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院、功能高分子教育部重点实验室刘遵峰教授团队与美国德克萨斯州立大学达拉斯分校教授、南开大学杨石先讲座教授雷·鲍曼(Ray H.Baughman)团队的合作研究。
降低温度一“扭”就行
根据国际制冷研究机构的数据统计,目前世界上使用空调和冰箱制冷消耗的电能约占全球电能损耗的20%。如今被广泛应用的空气压缩原理制冷,其卡诺效率一般低于60%,传统冰箱制冷过程释放出的气体正在加剧地球变暖。随着人类对制冷需求的增加,探索新型制冷理论和方案,进一步提高制冷效率,降低成本并减小制冷设备的尺寸,成为当务之急。
天然橡胶拉伸会发热,缩回后温度会降低,这种现象叫“弹热制冷”,早在19世纪早期就已经被发现。但是,要得到较好的制冷效果,需要预先将橡胶拉伸至自身长度的67倍,然后缩回去。这意味的制冷需要很大的体积。而且,目前“弹热制冷”的卡诺效率比较低,通常只有约32%
而通过“扭热制冷”技术,研究人员将纤维状的橡胶弹性体拉长一倍(100%应变),之后把两端固定,从一端旋转加捻,使其形成一种超螺旋结构。随后快速解捻,橡胶纤维的温度降低15.5摄氏度。
“这一结果高于使用‘弹热制冷’技术的降温:拉长7倍的橡胶收缩降温为12.2摄氏度。而如果既把橡胶加捻又伸长,然后同时释放,该‘扭热制冷’降温可达16.4摄氏度。”刘遵峰说,获得相同降温效果的情况下,“扭热制冷”的橡胶体积仅为“弹热制冷”橡胶的七分之二,其卡诺效率却可达67%,远高于空气压缩原理制冷。
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