新型熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng) 大幅提高整機(jī)熱制冷效率

2月18日，記者獲悉，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所科研人員近日提出一種新型高效熱聲制冷系統(tǒng)的流程設(shè)計方案，利用該方案研發(fā)的熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)，其能效比遠(yuǎn)超同類型系統(tǒng)，可媲美部分雙效吸收式制冷系統(tǒng)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《細(xì)胞報告物理科學(xué)》和《應(yīng)用物理快報》。

熱驅(qū)動熱聲制冷機(jī)是一種新興制冷技術(shù)。它基于氣體工質(zhì)的交變流動與鄰近固體壁面之間的熱相互作用(熱聲效應(yīng))而工作。其中，熱聲發(fā)動機(jī)利用溫差產(chǎn)生聲波傳遞機(jī)械功，而熱聲制冷系統(tǒng)則消耗聲功產(chǎn)生溫差和泵熱。熱聲制冷技術(shù)一般采用惰性氣體工質(zhì)，被認(rèn)為是一種具有巨大應(yīng)用前景的新一代制冷技術(shù)。

“然而，目前國內(nèi)外報道的室溫溫區(qū)的熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)的效率仍然較低，在空調(diào)制冷溫區(qū)的性能系數(shù)(COP)通常不超過0.5，遠(yuǎn)低于商業(yè)化吸收式制冷技術(shù)的性能系數(shù)。因此，提高熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)，是推動熱聲制冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。”論文通訊作者、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員羅二倉說。

此次，研究團(tuán)隊首次揭示了高效熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)中聲場、溫度場以及能流場互相耦合及最佳匹配工作機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上提出了新型的熱驅(qū)動熱聲制冷工作流程，大幅提高了系統(tǒng)的整機(jī)熱制冷效率。

“實(shí)驗(yàn)中采用氦氣作為工質(zhì)，在熱源溫度為450攝氏度、環(huán)境溫度35攝氏度、制冷溫度7攝氏度的標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)制冷工況下，熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)達(dá)到1.12，制冷功率為2.53千瓦。”羅二倉說，在相近的工況下，該性能系數(shù)是以往報道的同類型樣機(jī)最高水平的2.7倍，并超過現(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)。

此外，采用比氦氣更經(jīng)濟(jì)的氮?dú)庾鳛楣べ|(zhì)時，在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)制冷工況下，熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)可達(dá)0.49，并且展示出與氦氣作為工質(zhì)時不同的工作特性。數(shù)值計算結(jié)果表明，如果對熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，其性能系數(shù)還可大幅提升。

(關(guān)鍵字：制冷)