科技日报记者 陆成宽
记者6日从中国科学院理化技术研究所获悉，该所科研人员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的制冷技术，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，即制冷效应。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实现产业化应用的关键。”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，从而大幅度提高了系统的整机热制冷效率。
“实验中采用氦气作为工质时，当热源温度为450摄氏度，在环境温度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。
新型热驱动热声制冷系统及其实验样机性能。中国科学院理化技术研究所供图