Инженеры Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне (США) построили твердотельный охладитель без хладагента: проволоку из никелида титана в нём не растягивают и не сжимают, а изгибают на роликах-теплообменниках. Системный COP прототипа — 4,5 с учётом мощности привода и насосов.
Статья о разработке опубликована 21 октября 2026 г. в журнале Device издательства Cell Press, 22 октября работу представил факультет механики и инженерии (MechSE) университета. Руководитель исследования — заведующий факультетом профессор Ненад Милькович, первые авторы — аспиранты Тайфур Рахман Маруф и Асиф Ахмед. В работе участвовали компания Barrow Green, Исследовательский центр Гленна NASA и Национальная лаборатория Эймса Министерства энергетики США.
Принцип
Эластокалорический эффект — один из калорических эффектов, на которых строят твердотельные холодильные машины. Сплав с памятью формы при механическом нагружении переходит из аустенита в мартенсит и нагревается, при разгрузке идёт обратное превращение, и материал остывает. Если в нагретом состоянии отвести от сплава тепло, а в охлаждённом — дать ему забрать тепло у теплоносителя, получается холодильный цикл без хладагента и компрессора.
Почему изгиб
В большинстве эластокалорических прототипов сплав растягивают или сжимают. Для этого нужны большие усилия, массивные приводы и жёсткие рамы, что затрудняет масштабирование. В установке из Иллинойса проволока NiTi диаметром 1 мм (активная масса сплава — 77 г) огибает два ролика разного диаметра: «горячий» — 25,4 мм и «холодный» — 99,1 мм. Программируемый двигатель поворачивает ролики вперёд-назад, и за цикл каждый участок проволоки попеременно ложится то на один, то на другой ролик. Деформацией управляет кривизна изгиба, превращение распределяется по материалу, и требуемое усилие привода снижается.
На малом ролике деформация проволоки достигает около 4 %, сплав переходит в мартенсит и нагревается. На большом она снижается примерно до 1 % — этого недостаточно для прямого превращения, поэтому, по данным авторов, сплав здесь находится преимущественно в аустенитном состоянии, остывает и забирает тепло. Ролики — алюминиевые теплообменники с внутренними микроканалами, через которые идут независимо регулируемые потоки воды горячего и холодного контуров. Так выделение и поглощение тепла разнесены в пространстве, а авторы смогли раздельно измерить холодопроизводительность, гидравлические потери и механическую мощность на входе.
Эластокалорическое изменение температуры само по себе — лишь часть задачи.
Тайфур Рахман Маруф, аспирант факультета механики и инженерии Университета Иллинойса
Что показали испытания
При нулевом перепаде температур между потоками система показала удельную холодопроизводительность 660 Вт/кг, объёмную плотность мощности 14,5 кВт/м³ и COP 4,5. В расчёт COP включены измеренная мощность механического привода и гидравлическая мощность на прокачку жидкости. Авторы отмечают, что во многих прежних демонстрациях реальные затраты энергии учитывались не полностью. По данным университета, это один из самых высоких показателей эффективности среди сопоставимых эластокалорических устройств, а мощность охлаждения на единицу объёма выше, чем у прежних прототипов.
С ростом перепада эффективность падает: при перепаде 4 °C COP составил 3,7, при 8 °C — 1,3. Авторы прямо указывают на компромисс между перепадом температур, холодопроизводительностью и эффективностью. По результатам последовательных испытаний одного модуля они оценили перспективы многоступенчатой компоновки, которая нужна для больших перепадов.
Где применять
В первую очередь авторы видят мобильное и переносное охлаждение, где установки на сжатии сплава слишком тяжелы. В аннотации статьи названы также здания, холодильная техника и терморегулирование. Модуль вместе с роликами и конструкцией весит около 6,5 кг и занимает 3,5 л. Абсолютную холодопроизводительность авторы отдельно не приводят; по расчёту редакции из удельных показателей она составляет около 51 Вт. Ресурс самой установки в статье не указан: авторы ссылаются на литературные данные о том, что при подобранных режимах изгиба сверхупругий NiTi выдерживает до 108 циклов.
