幾種新型制冷技術(shù)(編輯修改稿)
2024-08-10 15:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 溫）領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用前景［9]研究現(xiàn)狀 ： 2001年美國宇航公司(Astronautics Cooperation of America)聯(lián)合Ames實驗室開發(fā)成功了采用永磁體提供磁場的回轉(zhuǎn)式磁制冷機,成為第一臺室溫磁制冷的制冷機。當(dāng)前，低溫區(qū)（20 K 以下）磁制冷的研究已比較成熟并實用化。高溫區(qū)磁制冷還處于試驗研究開發(fā)階段，目前 80 K 至室溫的磁制冷技術(shù)是研究的熱點。研究出低成本且具有巨磁卡效應(yīng)的材料以及利用 NdFeB 等永磁體產(chǎn)生外場（不用結(jié)構(gòu)復(fù)雜而昂貴的超導(dǎo)磁體）是室溫磁制冷關(guān)鍵。面臨的主要困難：①每次磁制冷循環(huán)所產(chǎn)生的溫差還不夠大，只有 1～3 K，磁性材料磁熵太小；②熱交換速度不夠快，使制冷周期延長，整個循環(huán)效率下降；③室溫條件下，不利用超導(dǎo)技術(shù)，仍利用電磁鐵或稀土永磁材料產(chǎn)生磁場，則兩磁極面總存在空氣隙，進入磁場的磁制冷材料有限，這要求有絕熱效果好的隔熱層。應(yīng)用前景： 磁制冷技術(shù)由于其節(jié)能環(huán)保的特點成為一項極具開發(fā)潛力的高新制冷技術(shù),有著十分廣闊應(yīng)用前景,有望取代傳統(tǒng)的壓縮制冷方式,用于家用、商業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、汽車空調(diào)、超級市場、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)及其他用途的制冷裝置,因而磁制冷技術(shù)有著廣泛的經(jīng)濟效益及社會效益。磁制冷技術(shù)要真正得以廣泛應(yīng)用,還需要在高性能磁性材料的開發(fā)、磁體和磁場結(jié)構(gòu)的設(shè)計、蓄冷及換熱技術(shù)的改進、磁制冷裝置的設(shè)計等方面取得新的突破。在極低溫和液化氦等小型裝置中，其高效、無污染、無噪聲等眾多特點使其在未來的太空開發(fā)和民用需要方面讓人充滿期待；在要求制冷源設(shè)備重量輕、振動和噪音小、操作方便、可靠性高、工作周期長、工作溫度和冷量范圍廣的國防領(lǐng)域也有很好前景。[10]四、熱聲制冷基本原理：簡單地說，熱聲效應(yīng)是由熱在彈性介質(zhì)（常為高壓惰性氣體）中引起聲學(xué)自激振蕩的物理現(xiàn)象。 利用熱聲逆效應(yīng)可以實現(xiàn)通過聲波（交變機械能），將熱從低溫輸送到高溫的泵熱過程。當(dāng)高溫端固定在環(huán)境溫度時，低溫端的溫度就會持續(xù)降低而實現(xiàn)制冷的功能。特點： 無需使用污染環(huán)境的制冷劑,而是使用惰性氣體和其混合物作為工質(zhì),因此不會導(dǎo)致使用CFCs和HFCs產(chǎn)生臭氧層的破壞溫室效應(yīng)而污染環(huán)境。無需振蕩的活塞和密封潤滑,無運動的部件,使壽命大大延長。研究現(xiàn)狀：熱聲制冷分線性制冷和非線性制冷兩種。線性熱聲理論已經(jīng)成熟，非線性熱聲理論的研究也不斷取得發(fā)展，熱聲制冷機正朝著利用低品位能源的目標(biāo)前進。[11]最近幾年各國的實驗室研究成果主要如下：2006年法國國家科研中心制作了1臺能調(diào)節(jié)駐波比率的熱聲諧振裝置，可以簡單和獨立地控制聲壓場和質(zhì)點速度場，通過優(yōu)化板疊區(qū)域的聲場研究，找到諸如溫度梯度、傳熱性能和傳熱系數(shù)最佳匹配關(guān)系，以達到熱聲制冷系統(tǒng)性能的優(yōu)化。2007年美國普渡大學(xué)用DELTAE程序模擬雙駐波熱聲制冷機配置以找到板疊冷熱端換熱器溫差的最佳跨度，以使傳熱系數(shù)增大，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷熱端換熱器溫差達到8O℃時為最佳跨度。研究結(jié)果和能耗顯示系統(tǒng)效率適宜于制冷機，但對空調(diào)和低溫冷卻效果不好。2007年美國南伊利諾伊大學(xué)對熱聲傳熱和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行實驗研究，研究揭示了傳熱系數(shù)、平均壓力和振動頻率之間的關(guān)系，當(dāng)熱聲系統(tǒng)在一個合適的振動頻率下，平均壓力越大，傳熱系數(shù)越大，所以在提高傳熱系數(shù)的同時，要合理考慮板疊結(jié)構(gòu)。2008年荷蘭能源研究中心制作了l臺同軸熱聲斯特林制冷機，由直線電機產(chǎn)生聲功率驅(qū)動，通過再生器將熱量從冷端換熱器泵給環(huán)境，測得性能系數(shù)達到卡諾效率的25％，溫度達到一54℃。[5]發(fā)展和應(yīng)用： 熱聲技術(shù)的應(yīng)用是相當(dāng)豐富的,熱聲能量轉(zhuǎn)換技術(shù)將會給包括制冷工業(yè)在內(nèi)的整個能源工業(yè)帶來很大的影響,它的簡單、環(huán)保、節(jié)能高效的特性符合當(dāng)今時代的需要,有人曾大膽預(yù)言,熱機(包括制冷機)的未來是屬于綠色熱聲熱機的。當(dāng)然就目前的現(xiàn)狀而言,由于設(shè)計水平遠沒有達到最優(yōu)化的程度,材料的選擇及制造技術(shù)都還在完善之中,而普通的制冷系統(tǒng)經(jīng)過上百年的發(fā)展和改進,熱聲制冷單件的成本會高于普通傳統(tǒng)制冷裝置,但隨著材料的選擇和制造工藝的日趨成熟,可以肯定熱聲制冷機會具有極大的成本優(yōu)
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