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新型热驱动热声制冷系统大幅提高整机热制冷效率

来源:科技日报 陆成宽 访问:254 时间:2024-02-21

2月18日,记者获悉,中国科学院理化技术研究所科研人员近日提出一种新型高效热声制冷系统的流程设计方案,利用该方案研发的热驱动热声制冷系统,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。相关研究成果在线发表于《细胞报告物理科学》和《应用物理快报》。

热驱动热声制冷机是一种新兴制冷技术。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,而热声制冷系统则消耗声功产生温差和泵热。热声制冷技术一般采用惰性气体工质,被认为是一种具有巨大应用前景的新一代制冷技术。

“然而,目前国内外报道的室温温区的热驱动热声制冷系统的效率仍然较低,在空调制冷温区的性能系数(COP)通常不超过0.5,远低于商业化吸收式制冷技术的性能系数。因此,提高热驱动热声制冷系统的性能系数,是推动热声制冷技术产业化应用的关键。”论文通讯作者、中国科学院理化技术研究所研究员罗二仓说。

此次,研究团队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,并在此基础上提出了新型的热驱动热声制冷工作流程,大幅提高了系统的整机热制冷效率。

“实验中采用氦气作为工质,在热源温度为450摄氏度、环境温度35摄氏度、制冷温度7摄氏度的标准空调制冷工况下,热驱动热声制冷系统的性能系数达到1.12,制冷功率为2.53千瓦。”罗二仓说,在相近的工况下,该性能系数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。

此外,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,热驱动热声制冷系统的性能系数可达0.49,并且展示出与氦气作为工质时不同的工作特性。数值计算结果表明,如果对热驱动热声制冷系统的结构进行优化,其性能系数还可大幅提升。

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