热声制冷技术 解析

2018-09-29 18:50:15

发明新型热声制冷技术

2015-12-03 11:43 来源中国科学报 

 

中科院理化所在天然气液化用热声制冷技术方面获得最新进展相关成果日前发表于应用物理学快报》。

 

据了解完全无运动部件的热声制冷技术因具有可靠性高制作成本低运行维护简单等优点而受到国际制冷与低温界的重视我国具有大量分散的煤层气页岩气和油田伴生气等非常规天然气资源迫切需要开发不消耗电能可靠性高维护方便的中小型天然气液化技术

 

近期中科院理化所罗二仓课题组提出了一种完全无运动的新型热声制冷技术它采用热能驱动而不是电能就可达到制冷或液化效果该技术通过多个功能相同的热声发动机单元和脉管型热声制冷单元构成一个行波热声回路实现了热声发动机的高效行波转换和声功的高效行波传输

 

研究人员对新的热声制冷系统进行了优化设计并在天然气液化温区进行实验验证结果表明新系统实现了制冷效率的大幅提升较目前国际同温区最好的热声技术提高35%以上同时系统紧凑性大大提高谐振管的重量尺寸不到传统技术的十分之一

 

 

热声制冷技术 解析

热声制冷技术是一种利用声能产生制冷效应基于热声效应的一种对环境无污染的制冷技术

2.1工作原理 热声效应通俗一点就是热能与声能的相互转换从声学讲就是处于声场中的固体介质与震荡流体间的相互作用结果导致在距固体壁面一定范围内产生沿着声传播方向或逆向的时均热流和时均功流按能量转换方式不同可以分为两类一是用热来产生声即热驱动声震荡二是用声驱动热量传输即热声制冷效应[5] 。主要应用在热声制冷机和热声发动机方面本文主要介绍前者

2.2优点 一是制冷系统的压缩机是没有运动部件的这样就消除了机内的磨损与振动使得制冷机性能可靠寿命延长二是驱动热源为太阳能燃气等适用能提供热源但是缺少电能的地区三是采用低品位的热源能提高系统的热力学效率四是采用N2He绿色工质减少氟利昂对臭氧层的破坏

2.3研究热点 目前热声制冷技术的研究热点主要体现在一下五个方面一是热声理论的研究主要是在非线性理论方面因为很多现象线性理论研究出现偏差二是制冷工质的研究氦由于其低密度粘度和高导热系数被认为是最理想的制冷工质其实采用氦和H2N2等双原子气体混合物工质可以提高制冷机整体性能氦和其他气体混合物会降低系统系能三是回热器的研究针对热声制冷机的核心部件回热器采用吸附剂代替金属网格或金属片作为回热器填料效果更佳四是热声转换效率的研究目前大多数热声机都采用驻波工作方式是等温或绝热的不可逆循环需要很高的热源温度很难利用低品位的热源有关研究表明采用行波的工作方式是可逆循环理论上可以提高热声转换效率针对这个有科学家提出调节声场在驻波型的回路上增加一直流的回路方案减少换热器的外部不可逆循环 。

2.4目前出现的新技术 主要有太阳能热声制冷技术但是以太阳能驱动的热声制冷机难点在于热声发动机的加热器在高温下工作可以提高发动机效率但这样对加热器中的材料提出了更高的要求低热阻的铜不能满足目前提出直接采用太阳能加热从而取消发动机部分的加热器方案采用RVC作为回热器的材料这是由RVC耐高温且其具有的随机分布的纤维结构使得光不能直接穿透的特性决定现在太阳能热声制冷机的研究热点是利用更大的太阳能集热器来增加可供利用的太阳能以及改进换热器的设计和绝热在太阳能比较丰富而电能缺乏的地区有很大利用价值也可以缓解目前紧张的能源危机另一主要技术是热声驱动的脉管制冷技术利用燃烧天然气作为热源的热声发电机来驱动脉管制冷机目前正在开发利用行波发动机来驱动脉管制冷机的装置

2.5应用  针对热声制冷的上述特点可以在航天技术国防军工等高新技术领域获得应用也可以在天然气液化的新能源的开发应用研究利用少部分的天然气作为热动力液化大部分的天然气等也将推动空调制冷技术低温电子冷却技术的发展而热声制冷装置即热声制冷机等也将应用在冰淇林机饮水机家用冰箱空调机空气除湿器计算机微处理器等小型或微型装置中所存在的巨大应用市场可以看见