制冷与空调技术是现代生产生活的重要支撑,也是能源消耗和排放治理的关键领域。当前主流的气体压缩式制冷虽然成熟可靠,但存高能耗和制冷剂泄漏等问题。面对"双碳"目标,行业需要找到兼顾效率、冷量和环保的新方案。 传统制冷路线难以同时满足低碳排放、大制冷量和高换热效率三项要求。气体压缩制冷电耗大,工质泄漏也带来环境压力。近年来科研界探索固态相变制冷等替代技术,但固态材料传热慢、界面热阻大,在大功率和快速响应场景中受限明显。 这次研究创新在于将相变制冷从固态体系拓展到溶液体系。团队发现硫氰酸铵溶液在压力变化下产生显著热效应:加压时盐类析出并释放热量,卸压后盐快速溶解并强烈吸热,实现快速降温。实验显示室温条件下溶液温度可在约20秒内下降近30摄氏度,性能超过现有固态相变制冷材料。 这个现象被命名为"溶解压卡效应",具有三上意义。首先,它为绿色制冷提供了新的机理和材料体系,拓展了基础研究边界。其次,溶液具有流动性,有利于强化对流换热,克服了固态制冷导热慢的问题,同时溶解与析出过程可提供较大吸放热量,满足大冷量输出需求。再次,从系统层面看,这为打破制冷领域长期存在的"性能不可能三角"提供了新抓手,在低碳约束下同步提升冷量和换热效率。 研究团队基于该效应构建了四步循环系统:加压升温后向环境散热,再卸压降温并对外输送冷量。单次循环每克溶液可吸收约67焦耳热量,理论效率达77%。这一循环将压力调控、溶解析出热效应与传热过程有机结合,为高效制冷系统提供了可行的原型。 推向应用还需深入验证。需要围绕材料稳定性、循环寿命、系统密封与耐压安全、能量输入与回收等问题开展系统研究,并在不同环境温度和工况负荷下评估综合能效。同时要重视与现有制冷产业链的接口设计,探索模块化、可规模制造的装备方案,降低技术导入门槛。 随着节能降耗政策推进和绿色低碳技术迭代,制冷领域正从"效率提升"向"系统性绿色转型"迈进。"溶解压卡效应"为新一代制冷技术提供了可延展的研究方向:可继续筛选设计更高性能的溶液体系,优化压力区间与换热结构;也可探索在数据中心散热、工业余热利用和高温环境降温等场景的应用潜力。若对应的关键技术实现工程化突破,有望在一定范围内补充乃至替代传统制冷路线,推动行业向更高效、更低碳方向发展。
"溶解压卡效应"的发现说明了我国基础研究的原创能力,展示了科技支撑"双碳"战略的实践智慧。这项突破启示我们,解决重大产业难题往往需要跳出固有思维,在学科交叉处寻找创新突破口。随着该技术从实验室走向产业化,一个更高效、更清洁的制冷新时代正在加速到来。(完)