在當代社會(huì )，制冷技術(shù)在生產(chǎn)與生活中發(fā)揮著(zhù)重要作用。在“雙碳”背景下，能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)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(lài)機械運動(dòng)部件，被認為是具有產(chǎn)業(yè)化潛力的新一代可持續制冷技術(shù)?，F有的熱驅動(dòng)熱聲制冷系統在室溫溫區效率較低，因此提高熱制冷系數對推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有積極意義。

在現有的直接耦合型熱驅動(dòng)熱聲制冷系統中，較合適的行波聲場(chǎng)和較緊湊的耦合方式使其在一定溫度范圍內能夠取得不錯的制冷性能，在標準空調制冷工況下其熱制冷系數可超過(guò)0.4。然而，其中的發(fā)動(dòng)機與制冷機的功流匹配問(wèn)題限制了進(jìn)一步提升更高加熱溫度下的系統效率。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)機和制冷機之間增加一個(gè)旁通結構，使得部分聲功繞過(guò)發(fā)動(dòng)機而直接進(jìn)入制冷機，通過(guò)調節旁通的功流比例，在不同加熱溫度下均可實(shí)現發(fā)動(dòng)機和制冷機之間的良好功流匹配，在高加熱溫度下提升系統的熱制冷系數。該研究組搭建了一臺三單元行波環(huán)路型系統，并采用液體振子進(jìn)一步降低系統工作頻率和損失。前期的實(shí)驗研究表明，當加熱溫度為450 °C時(shí)，在標準空調制冷工況下系統獲得的熱制冷系數可達1.12，超過(guò)當時(shí)報道的同類(lèi)型系統的最好結果。

該實(shí)驗改進(jìn)了室溫換熱器的換熱效果和高溫換熱器結構強度。實(shí)驗表明，當采用5.4 MPa的氦氣作為工質(zhì)時(shí)，改進(jìn)后的系統可在550 °C的加熱溫度下較長(cháng)時(shí)間穩定運行且在標準空調制冷工況下的熱制冷系數達到1.34，整機的相對卡諾效率達到21.4%，制冷功率為2.37 kW。這一熱制冷系數刷新了室溫熱驅動(dòng)熱聲制冷系統的紀錄，可媲美雙效吸收式制冷系統。

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式。與前期的理想表達式相比，新導出的表達式的準確度有明顯提升，加深了科學(xué)家對功流旁通型系統的運行機理的認知。

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，并被選為封面導讀內容。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)驗室等的支持。

理化所實(shí)驗刷新室溫熱聲制冷效率紀錄