在當代社會，制冷技術在生產(chǎn)與生活中發(fā)揮著重要作用。在“雙碳”背景下，能源問題和環(huán)境問題使得發(fā)展環(huán)保而高效的制冷技術成為迫切需求。新興的熱驅(qū)動熱聲制冷技術采用環(huán)保的惰性氣體工質(zhì)并可以不依賴機械運動部件，被認為是具有產(chǎn)業(yè)化潛力的新一代可持續(xù)制冷技術�，F(xiàn)有的熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)在室溫溫區(qū)效率較低，因此提高熱制冷系數(shù)對推進產(chǎn)業(yè)化進程具有積極意義。

在現(xiàn)有的直接耦合型熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)中，較合適的行波聲場和較緊湊的耦合方式使其在一定溫度范圍內(nèi)能夠取得不錯的制冷性能，在標準空調(diào)制冷工況下其熱制冷系數(shù)可超過0.4。然而，其中的發(fā)動機與制冷機的功流匹配問題限制了進一步提升更高加熱溫度下的系統(tǒng)效率。近期，中國科學院理化技術研究所低溫制冷與特種動力技術研究中心研究員羅二倉帶領的熱聲研究組，提出了功流旁通型制冷流程。這一流程在發(fā)動機和制冷機之間增加一個旁通結構，使得部分聲功繞過發(fā)動機而直接進入制冷機，通過調(diào)節(jié)旁通的功流比例，在不同加熱溫度下均可實現(xiàn)發(fā)動機和制冷機之間的良好功流匹配，在高加熱溫度下提升系統(tǒng)的熱制冷系數(shù)。該研究組搭建了一臺三單元行波環(huán)路型系統(tǒng)，并采用液體振子進一步降低系統(tǒng)工作頻率和損失。前期的實驗研究表明，當加熱溫度為450 °C時，在標準空調(diào)制冷工況下系統(tǒng)獲得的熱制冷系數(shù)可達1.12，超過當時報道的同類型系統(tǒng)的最好結果。

該實驗改進了室溫換熱器的換熱效果和高溫換熱器結構強度。實驗表明，當采用5.4 MPa的氦氣作為工質(zhì)時，改進后的系統(tǒng)可在550 °C的加熱溫度下較長時間穩(wěn)定運行且在標準空調(diào)制冷工況下的熱制冷系數(shù)達到1.34，整機的相對卡諾效率達到21.4%，制冷功率為2.37 kW。這一熱制冷系數(shù)刷新了室溫熱驅(qū)動熱聲制冷系統(tǒng)的紀錄，可媲美雙效吸收式制冷系統(tǒng)。

在理論方面，該研究給出了更接近實際情形的旁通比的表達式。與前期的理想表達式相比，新導出的表達式的準確度有明顯提升，加深了科學家對功流旁通型系統(tǒng)的運行機理的認知。

相關研究成果以Sustainable heat-driven sound cooler with super-high efficiency為題發(fā)表在The Innovation Energy上，并被選為封面導讀內(nèi)容。研究工作得到國家自然科學基金委員會和低溫科學與技術重點實驗室等的支持。

(關鍵字：制冷)