理化所實(shí)驗(yàn)刷新室溫?zé)崧曋评湫�率紀(jì)錄

在當(dāng)代社會(huì)，制冷技術(shù)在生產(chǎn)與生活中發(fā)揮著重要作用。在“雙碳”背景下，能源問題和環(huán)境問題使得發(fā)展環(huán)保而高效的制冷技術(shù)成為迫切需求。新興的熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷技術(shù)采用環(huán)保的惰性氣體工質(zhì)并可以不依賴機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，被認(rèn)為是具有產(chǎn)業(yè)化潛力的新一代可持續(xù)制冷技術(shù)。現(xiàn)有的熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)在室溫溫區(qū)效率較低，因此提高熱制冷系數(shù)對(duì)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有積極意義。

在現(xiàn)有的直接耦合型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)中，較合適的行波聲場和較緊湊的耦合方式使其在一定溫度范圍內(nèi)能夠取得不錯(cuò)的制冷性能，在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)制冷工況下其熱制冷系數(shù)可超過0.4。然而，其中的發(fā)動(dòng)機(jī)與制冷機(jī)的功流匹配問題限制了進(jìn)一步提升更高加熱溫度下的系統(tǒng)效率。近期，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所低溫制冷與特種動(dòng)力技術(shù)研究中心研究員羅二倉帶領(lǐng)的熱聲研究組，提出了功流旁通型制冷流程。這一流程在發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)之間增加一個(gè)旁通結(jié)構(gòu)，使得部分聲功繞過發(fā)動(dòng)機(jī)而直接進(jìn)入制冷機(jī)，通過調(diào)節(jié)旁通的功流比例，在不同加熱溫度下均可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)之間的良好功流匹配，在高加熱溫度下提升系統(tǒng)的熱制冷系數(shù)。該研究組搭建了一臺(tái)三單元行波環(huán)路型系統(tǒng)，并采用液體振子進(jìn)一步降低系統(tǒng)工作頻率和損失。前期的實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)加熱溫度為450 °C時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)制冷工況下系統(tǒng)獲得的熱制冷系數(shù)可達(dá)1.12，超過當(dāng)時(shí)報(bào)道的同類型系統(tǒng)的最好結(jié)果。

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)了室溫?fù)Q熱器的換熱效果和高溫?fù)Q熱器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)采用5.4 MPa的氦氣作為工質(zhì)時(shí)，改進(jìn)后的系統(tǒng)可在550 °C的加熱溫度下較長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行且在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)制冷工況下的熱制冷系數(shù)達(dá)到1.34，整機(jī)的相對(duì)卡諾效率達(dá)到21.4%，制冷功率為2.37 kW。這一熱制冷系數(shù)刷新了室溫?zé)狎?qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)的紀(jì)錄，可媲美雙效吸收式制冷系統(tǒng)。

在理論方面，該研究給出了更接近實(shí)際情形的旁通比的表達(dá)式。與前期的理想表達(dá)式相比，新導(dǎo)出的表達(dá)式的準(zhǔn)確度有明顯提升，加深了科學(xué)家對(duì)功流旁通型系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理的認(rèn)知。

相關(guān)研究成果以Sustainable heat-driven sound cooler with super-high efficiency為題發(fā)表在The Innovation Energy上，并被選為封面導(dǎo)讀內(nèi)容。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)和低溫科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的支持。

(關(guān)鍵字：制冷)