中国新一代热声制冷技术获突破 最新研究推动产业化迈出关键一步
中新网北京2月3日电 (记者 孙自法)记者2月3日从中国科学院理化技术研究所(理化所)获悉，该所科研团队最新研究提出一类新型高效热声制冷机的流程设计方案，利用该方案开发的热驱动热声制冷机，其能效比远超同类型系统，可媲美部分双效吸收式制冷系统，从而推动新一代制冷技术——热声制冷技术的产业化进程迈出关键一步。
这项热驱动热声空调制冷研究重要突破，由中国科学院理化所低温与制冷研究中心罗二仓团队完成，两篇相关成果论文近日分别在国际专业学术期刊《细胞报告物理科学》(Cell Reports Physical Science)、《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)上发表。
新型热驱动热声制冷系统及其实验样机性能。中国科学院理化所/供图
罗二仓研究员介绍说，热驱动热声制冷机采用一种新兴的制冷技术制造，它基于气体工质的交变流动与邻近固体壁面之间的热相互作用(热声效应)而工作。其中，热声发动机利用温差产生声波传递机械功，而热声制冷机则消耗声功产生温差和泵热，即制冷效应。
热声制冷技术一般采用惰性气体工质，因为没有机械运动部件或运动部件少，具有工质环保、可靠性高以及紧凑等优点，被认为是一种具有巨大应用前景的新一代制冷技术。
他指出，截至目前，世界上已知室温温区的热驱动热声制冷机的效率仍然较低，在空调制冷温区的性能系数(COP，定位为制冷量与输入的高温加热量之比)通常不超过0.5，低于商业化吸收式制冷技术的性能系数，提高热驱动热声制冷系统的COP是当前实现其产业化应用的重大科技难题。
为攻克这一难题，研究团队从多场协同的原理出发，首次揭示了高效热驱动热声制冷系统中声场、温度场以及能流场互相耦合及最佳匹配工作机制，在此基础上提出了新型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高效的行波声场转换，而且实现不同热源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，进而大幅度提高系统的整机热制冷COP。
罗二仓表示，在本项研究的实验中，采用氦气作为工质时，当热源温度为450℃时，在标准空调制冷工况下(环境温度35℃，制冷温度7℃)获得的COP达到1.12，制冷功率为2.53千瓦。在相近的工况下，该COP是以往报道的同类型样机最高水平的2.7倍，并超过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。
此次研究的理论预测表明，当热源温度进一步提升至燃气燃烧的温度时(约700℃)，采用他们设计方案的系统，可获得超越直燃型双效吸收式制冷系统的COP(1.5以上)。
他说，研究团队还发现，采用比氦气更经济的氮气作为工质时，在标准空调制冷工况下他们方案系统实验的COP可达0.49，且展示出与氦气作为工质时不同的工作特性。此外，数值计算结果表明，如果对该系统结构尤其是回热器填料进行优化改进后，其COP还可大幅提升。(完)