中科院理化所在室溫熱聲制冷領(lǐng)域收獲重要突破
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】2月2日，中國科學院理化技術(shù)研究所(以下簡稱中科院理化所)在發(fā)布文章《理化所在室溫熱聲制冷領(lǐng)域取得重要突破》，就研究所低溫與制冷研究中心研究團隊在室溫熱聲制冷領(lǐng)域收獲的全新成果進行公開。
熱聲制冷即聲波制冷，是上世紀80年代提出的一個概念，簡單的說就是借助聲能的傳播特點，實現(xiàn)熱量從冷端轉(zhuǎn)移到熱端的一門技術(shù)。這項技術(shù)從誕生之初就被寄予厚望。一方面，在普通制冷領(lǐng)域，被認為是可以替代傳統(tǒng)冷卻液制冷的一個研究方向；另一方面在科研領(lǐng)域，聲波制冷在冷卻紅外探測器件、超導電子學器件等低溫固體電子器件的微型低溫制冷領(lǐng)域被認定為有獨特優(yōu)勢。
此外，這項技術(shù)還有一個巨大的優(yōu)點。由于制冷過程是基于可壓縮性氣體工質(zhì)的往復運動與鄰近固體壁面之間的復雜的熱相互作用，這個過程其實是熱聲制冷機在消耗聲功產(chǎn)生溫差泵熱，工質(zhì)一般采用的也是惰性氣體，且機械運動部件數(shù)量很少，因此兼顧了環(huán)保與穩(wěn)定性。
但是，這項技術(shù)同樣面對一個很大的難題——工藝。根據(jù)相關(guān)研究報告中提供的信息來看，在過去很長一段時間，室溫溫區(qū)的熱驅(qū)動熱聲制冷機的效率普遍較低，在空調(diào)制冷溫區(qū)的熱制冷系數(shù)(COP)通常不超過0.5，難與COP動輒0.7甚至可以達到1.2商業(yè)化的吸收式制冷技術(shù)相比。而這也成為了限制熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)發(fā)展及普及的根本問題之一。
此次中科院理化所則從多場協(xié)同的原理出發(fā)，首次揭示了聲場、溫度場以及能流場互相耦合以及實現(xiàn)高效熱聲轉(zhuǎn)換的工作機制，在此基礎(chǔ)上提出了高效的熱驅(qū)動熱聲制冷工作流程，使得發(fā)動機和制冷機不僅實現(xiàn)了高效的行波聲場轉(zhuǎn)換，而且實現(xiàn)了不同加熱溫度下發(fā)動機中聲功產(chǎn)生與制冷機中聲功消耗的理想匹配，進而大幅度提高了系統(tǒng)的整機熱制冷效率。
根據(jù)成果中公開的數(shù)據(jù)來看，“實驗中采用氦氣作為工質(zhì)時，當加熱溫度為450 °C時，在標準空調(diào)制冷工況下(環(huán)境溫度35 °C，制冷溫度7 °C)獲得的COP達到1.12，制冷功率為2.53 kW。在相近的制冷工況下，該COP是以往報道同類型樣機最高水平的2.7倍，并超過了現(xiàn)有吸附式和單效吸收式制冷技術(shù)的水平，可媲美部分雙效吸收式制冷系統(tǒng)。理論預測當加熱溫度進一步提升至燃氣燃燒的溫度時(~700 °C)，該系統(tǒng)可獲得超越直燃型雙效吸收式制冷系統(tǒng)的COP(1.5以上)”。
該成果也為相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展提供了幫助，有望進一步推進熱聲制冷產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，相關(guān)研究成果及論文資料可以在中科院查詢。
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