Китайские исследователи создали новый тепловой насос, преобразовывающий звуковые волны в теплоту и холод. Авторы изменили форму трубы и устранили ограничение на соответствие температуры. Так они повысили КПД холодильника до 1,12, что в 2,7 раза больше, чем у остальных термоакустических устройств. В будущем прибор может эффективно использоваться в коммерческих кондиционерах для нагрева и охлаждения воздуха. Об изобретении инженеры рассказали на страницах журнала Applied Physics Letters.
Термоакустический холодильник — это тепловой насос, который работает за счет преобразования энергии из звуковых волн в теплоту и холод. Ранее исследователи уже создавали термоакустические устройства с тепловым приводом (HDTR). Они признаны новой и многообещающей технологией охлаждения. HDTR не имеют движущихся частей, а вместо вредных для окружающей среды фреонов в них используются гелий и азот. Хотя такие холодильники можно применять в системах кондиционирования воздуха, пока их не запустили в массовое производство из-за низкой производительности.
Эффективность HDTR можно оценить по коэффициенту полезного действия (КПД), то есть отношению выходной мощности охлаждения к входной мощности нагрева. Изучая существующие термоакустические холодильники, инженеры заметили, что с повышением температуры нагрева КПД устройства снижается. Температурные ограничения мешают улучшать производительность при высоком нагреве.
Источник: TIPC
Китайские исследователи решили устранить это препятствие. Для этого они разработали оригинальную форму байпаса — фрагмента трубы, которая направляет теплоноситель в обход установленного оборудования. Благодаря новой конфигурации звуковые волны преобразуются в теплоту и холод между блоком двигателя и блоком охлаждения при высоких температурах нагрева.
Используя новый байпас, инженеры построили прототип термоакустического холодильника мощностью в 1 киловатт. Рабочим газом в нем стал гелий. При холодопроизводительности в 2,53 кВт исследователи протестировали холодильник в разных условиях — при температуре нагрева, окружающей среды и охлаждения в 450 °C, 35 °C и 7 °C соответственно. Ученые достигли рекордно высокого КПД 1,12 — что в 2,7 раза превышает лучший результат, когда-либо полученный для существующих HDTR.
По словам авторов, новая технология термоакустического насоса превосходит другие системы охлаждения — адсорбционные и абсорбционные холодильники с одинарным эффектом. По эффективности она сравнима с абсорбционными холодильниками с двойным эффектом. Результаты эксперимента подтверждают, что технология HDTR может использоваться в коммерческих кондиционерах.
Также ученые протестировали производительность системы с использованием азота — более распространенного и экономичного газа. Для него КПД оказался также выше коэффициентов других устройств. Исследователи заявили, что изменят существующий HDTR и увеличат температуру нагрева. После этого они ожидают, что КПД термоакустического холодильника превысит показатели абсорбционных холодильников с двойным эффектом.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
