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中科院理化所在室溫熱聲制冷領域收獲重要突破
2024年02月05日 11:15:46
來源：化工儀器網 點擊量：9155
2月2日，中國科學院理化技術研究所(以下簡稱中科院理化所)在發布文章《理化所在室溫熱聲制冷領域取得重要突破》，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域收獲的全新成果進行公開。
【化工儀器網 行業百態】2月2日，中國科學院理化技術研究所(以下簡稱中科院理化所)在發布文章《理化所在室溫熱聲制冷領域取得重要突破》，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，實現熱量從冷端轉移到熱端的一門技術。這項技術從誕生之初就被寄予厚望。一方面，在普通制冷領域，被認為是可以替代傳統冷卻液制冷的一個研究方向；另一方面在科研領域，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域被認定為有獨特優勢。
此外，這項技術還有一個巨大的優點。由于制冷過程是基于可壓縮性氣體工質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生溫差泵熱，工質一般采用的也是惰性氣體，且機械運動部件數量很少，因此兼顧了環保與穩定性。
但是，這項技術同樣面對一個很大的難題——工藝。根據相關研究報告中提供的信息來看，在過去很長一段時間，室溫溫區的熱驅動熱聲制冷機的效率普遍較低，在空調制冷溫區的熱制冷系數(COP)通常不超過0.5，難與COP動輒0.7甚至可以達到1.2商業化的吸收式制冷技術相比。而這也成為了限制熱驅動熱聲制冷系統發展及普及的根本問題之一。
此次中科院理化所則從多場協同的原理出發，首次揭示了聲場、溫度場以及能流場互相耦合以及實現高效熱聲轉換的工作機制，在此基礎上提出了高效的熱驅動熱聲制冷工作流程，使得發動機和制冷機不僅實現了高效的行波聲場轉換，而且實現了不同加熱溫度下發動機中聲功產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的整機熱制冷效率。
根據成果中公開的數據來看，“實驗中采用氦氣作為工質時，當加熱溫度為450 °C時，在標準空調制冷工況下(環境溫度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，并超過了現有吸附式和單效吸收式制冷技術的水平，可媲美部分雙效吸收式制冷系統。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)，該系統可獲得超越直燃型雙效吸收式制冷系統的COP(1.5以上)”。
該成果也為相關技術的進一步發展提供了幫助，有望進一步推進熱聲制冷產業化發展，相關研究成果及論文資料可以在中科院查詢。
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