中科院理化所在室溫?zé)崧曋评漕I(lǐng)域收獲重要突破
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】2月2日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所(以下簡(jiǎn)稱中科院理化所)在發(fā)布文章《理化所在室溫?zé)崧曋评漕I(lǐng)域取得重要突破》，就研究所低溫與制冷研究中心研究團(tuán)隊(duì)在室溫?zé)崧曋评漕I(lǐng)域收獲的全新成果進(jìn)行公開(kāi)。
熱聲制冷即聲波制冷，是上世紀(jì)80年代提出的一個(gè)概念，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是借助聲能的傳播特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)熱量從冷端轉(zhuǎn)移到熱端的一門(mén)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)從誕生之初就被寄予厚望。一方面，在普通制冷領(lǐng)域，被認(rèn)為是可以替代傳統(tǒng)冷卻液制冷的一個(gè)研究方向；另一方面在科研領(lǐng)域，聲波制冷在冷卻紅外探測(cè)器件、超導(dǎo)電子學(xué)器件等低溫固體電子器件的微型低溫制冷領(lǐng)域被認(rèn)定為有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
此外，這項(xiàng)技術(shù)還有一個(gè)巨大的優(yōu)點(diǎn)。由于制冷過(guò)程是基于可壓縮性氣體工質(zhì)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與鄰近固體壁面之間的復(fù)雜的熱相互作用，這個(gè)過(guò)程其實(shí)是熱聲制冷機(jī)在消耗聲功產(chǎn)生溫差泵熱，工質(zhì)一般采用的也是惰性氣體，且機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量很少，因此兼顧了環(huán)保與穩(wěn)定性。
但是，這項(xiàng)技術(shù)同樣面對(duì)一個(gè)很大的難題——工藝。根據(jù)相關(guān)研究報(bào)告中提供的信息來(lái)看，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，室溫溫區(qū)的熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)的效率普遍較低，在空調(diào)制冷溫區(qū)的熱制冷系數(shù)(COP)通常不超過(guò)0.5，難與COP動(dòng)輒0.7甚至可以達(dá)到1.2商業(yè)化的吸收式制冷技術(shù)相比。而這也成為了限制熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)發(fā)展及普及的根本問(wèn)題之一。
此次中科院理化所則從多場(chǎng)協(xié)同的原理出發(fā)，首次揭示了聲場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及能流場(chǎng)互相耦合以及實(shí)現(xiàn)高效熱聲轉(zhuǎn)換的工作機(jī)制，在此基礎(chǔ)上提出了高效的熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷工作流程，使得發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)了高效的行波聲場(chǎng)轉(zhuǎn)換，而且實(shí)現(xiàn)了不同加熱溫度下發(fā)動(dòng)機(jī)中聲功產(chǎn)生與制冷機(jī)中聲功消耗的理想匹配，進(jìn)而大幅度提高了系統(tǒng)的整機(jī)熱制冷效率。
根據(jù)成果中公開(kāi)的數(shù)據(jù)來(lái)看，“實(shí)驗(yàn)中采用氦氣作為工質(zhì)時(shí)，當(dāng)加熱溫度為450 °C時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)制冷工況下(環(huán)境溫度35 °C，制冷溫度7 °C)獲得的COP達(dá)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(bào)道同類(lèi)型樣機(jī)最高水平的2.7倍，并超過(guò)了現(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)。理論預(yù)測(cè)當(dāng)加熱溫度進(jìn)一步提升至燃?xì)馊紵臏囟葧r(shí)(~700 °C)，該系統(tǒng)可獲得超越直燃型雙效吸收式制冷系統(tǒng)的COP(1.5以上)”。
該成果也為相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了幫助，有望進(jìn)一步推進(jìn)熱聲制冷產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，相關(guān)研究成果及論文資料可以在中科院查詢。
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