幾種新型制冷技術(編輯修改稿)
2025-08-10 15:04 本頁面
【文章內容簡介】 ationofAmerica)聯合Ames實驗室開發(fā)成功了采用永磁體提供磁場的回轉式磁制冷機,成為第一臺室溫磁制冷的制冷機。當前，低溫區(qū)（20K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80K至室溫的磁制冷技術是研究的熱點。研究出低成本且具有巨磁卡效應的材料以及利用NdFeB等永磁體產生外場（不用結構復雜而昂貴的超導磁體）是室溫磁制冷關鍵。面臨的主要困難：①每次磁制冷循環(huán)所產生的溫差還不夠大，只有1～3K，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，不利用超導技術，仍利用電磁鐵或稀土永磁材料產生磁場，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。應用前景：磁制冷技術由于其節(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,有著十分廣闊應用前景,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、汽車空調、超級市場、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)及其他用途的制冷裝置,因而磁制冷技術有著廣泛的經濟效益及社會效益。磁制冷技術要真正得以廣泛應用,還需要在高性能磁性材料的開發(fā)、磁體和磁場結構的設計、蓄冷及換熱技術的改進、磁制冷裝置的設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，熱聲效應是由熱在彈性介質（常為高壓惰性氣體）中引起聲學自激振蕩的物理現象。利用熱聲逆效應可以實現通過聲波（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,因此不會導致使用CFCs和HFCs產生臭氧層的破壞溫室效應而污染環(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最佳匹配關系，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，以使傳熱系數增大，研究發(fā)現當冷熱端換熱器溫差達到8O℃時為最佳跨度。研究結果和能耗顯示系統(tǒng)效率適宜于制冷機，但對空調和低溫冷卻效果不好。2007年美國南伊利諾伊大學對熱聲傳熱和系統(tǒng)結構進行實驗研究，研究揭示了傳熱系數、平均壓力和振動頻率之間的關系，當熱聲系統(tǒng)在一個合適的振動頻率下，平均壓力越大，傳熱系數越大，所以在提高傳熱系數的同時，要合理考慮板疊結構。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，由直線電機產生聲功率驅動，通過再生器將熱量從冷端換熱器泵給環(huán)境，測得性能系數達到卡諾效率的25％，溫度達到一54℃。[5]發(fā)展和應用：熱聲技術的應用是相當豐富的,熱聲能量轉換技術將會給包括制冷工業(yè)在內的整個能源工業(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今時代的需要,有人曾大膽預言,熱機(包括制冷機)的未來是屬于綠色熱聲熱機的。當然就目前的現狀而言,由于設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都還在完善之中,而普通的制冷系統(tǒng)經過上百年的發(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)勢。熱聲制冷裝置最有可能首先在這些中小型和微型裝置中獲得市場應用份額,如應用于冰淇淋機、飲水機、家用冰箱、空調機、計算機微
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