中科院理化所在室温热声制冷领域收获重要突破
- 2024年02月05日 11:15:46来源：化工仪器网点击：8935
【化工仪器网 行业百态】2月2日，中国科学院理化技术研究所(以下简称中科院理化所)在发布文章《理化所在室温热声制冷领域取得重要突破》，就研究所低温与制冷研究中心研究团队在室温热声制冷领域收获的全新成果进行公开。
热声制冷即声波制冷，是上世纪80年代提出的一个概念，简单的说就是借助声能的传播特点，实现热量从冷端转移到热端的一门技术。这项技术从诞生之初就被寄予厚望。一方面，在普通制冷领域，被认为是可以替代传统冷却液制冷的一个研究方向；另一方面在科研领域，声波制冷在冷却红外探测器件、超导电子学器件等低温固体电子器件的微型低温制冷领域被认定为有独特优势。
此外，这项技术还有一个巨大的优点。由于制冷过程是基于可压缩性气体工质的往复运动与邻近固体壁面之间的复杂的热相互作用，这个过程其实是热声制冷机在消耗声功产生温差泵热，工质一般采用的也是惰性气体，且机械运动部件数量很少，因此兼顾了环保与稳定性。
但是，这项技术同样面对一个很大的难题——工艺。根据相关研究报告中提供的信息来看，在过去很长一段时间，室温温区的热驱动热声制冷机的效率普遍较低，在空调制冷温区的热制冷系数(COP)通常不超过0.5，难与COP动辄0.7甚至可以达到1.2商业化的吸收式制冷技术相比。而这也成为了限制热驱动热声制冷系统发展及普及的根本问题之一。
此次中科院理化所则从多场协同的原理出发，首次揭示了声场、温度场以及能流场互相耦合以及实现高效热声转换的工作机制，在此基础上提出了高效的热驱动热声制冷工作流程，使得发动机和制冷机不仅实现了高效的行波声场转换，而且实现了不同加热温度下发动机中声功产生与制冷机中声功消耗的理想匹配，进而大幅度提高了系统的整机热制冷效率。
根据成果中公开的数据来看，“实验中采用氦气作为工质时，当加热温度为450 °C时，在标准空调制冷工况下(环境温度35 °C，制冷温度7 °C)获得的COP达到1.12，制冷功率为2.53 kW。在相近的制冷工况下，该COP是以往报道同类型样机最高水平的2.7倍，并超过了现有吸附式和单效吸收式制冷技术的水平，可媲美部分双效吸收式制冷系统。理论预测当加热温度进一步提升至燃气燃烧的温度时(~700 °C)，该系统可获得超越直燃型双效吸收式制冷系统的COP(1.5以上)”。
该成果也为相关技术的进一步发展提供了帮助，有望进一步推进热声制冷产业化发展，相关研究成果及论文资料可以在中科院查询。
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