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製冷快報 - 當前低溫製冷技術廣泛應用（yòng）於食品及生物材料低溫冷凍儲存、氣體低溫液化分離（如空分行業、航天應（yīng）用）、低溫（wēn）氣體能源、超導應用、紅外探測器件冷卻、半導（dǎo）體工業、低溫生物（wù）醫療等領域，該技術當前的研究方向主要是“雙高”：即率和高穩定性。而低溫（wēn）工程學是指研究物質在低溫下的客（kè）觀規（guī）律以及如何獲知和（hé）應用低溫的一門學科，其中（zhōng）包（bāo）括低溫計量、低溫物性、低溫材料、低溫物理四個方麵。
低溫製冷的基本（běn）方法是指低溫的獲取，而低溫的獲取有兩種方式：流體（tǐ）製冷（lěng）和固體製冷。低溫（wēn）製冷機的基（jī）本原理是由（yóu）穩定流動（dòng）回熱製（zhì）冷循環即節流、膨脹（zhàng）+回熱的循環構成。目前國內研究較多的低溫製冷技術主要包括三種（zhǒng）：深冷混合工質節流製冷技術（shù）、熱聲製冷技術（shù）、高頻脈（mò）衝（chōng）管製冷技術。
一、混（hún）合工質節（jiē）流製冷技術成就製冷 提高製冷機係統可靠性及效率
據（jù）製（zhì）冷（lěng）快報記者（zhě）從製冷學會年會技術講座上了解（jiě）到，中國科學院公教授表示，當前這種混合工質製冷技術的（de）應用可以獲得極為缺乏的熱物性，傳熱的數據及其規律，對於製冷機的設計具有直接的幫助，也加深了行業對製冷（lěng）機理的認識，，對於提高係統可靠及（jí）效率意義（yì）重大，而由此技術所獲得的基礎數據也豐富了對於相關學（xué）科的內容，公教授表示：不（bú）同（tóng）循環（huán）的*混合工質（zhì）配比不（bú）同，在各（gè）自優化的情（qíng）況下，一次節流循環具有zui高的熱力學效率。而實際應用（yòng）係統中的（de）循環流程則需要考慮更多（duō）的因素（sù）。
實際打造（zào）一種製冷技術流程結（jié）構還需要考慮眾多因素，使用（yòng）混合工質節流製冷（lěng）技術針對不同需（xū）求已經發展了相應的可靠的製冷（lěng）流程，公教授在報告上表示：在綜合考慮效率和可靠性的基礎（chǔ）上提出的一種（zhǒng）帶分凝分離結構（gòu）的回熱製冷流程結構，可以的（de）實（shí）現係統（tǒng）和高可靠的結合。據製冷快報記者了解，目前（qián）混合（hé）工（gōng）質核心製冷技術主要結合普冷（lěng）和低溫技術的各自特點（diǎn），以普冷製冷係統的硬件，、可靠（kào）和低成本的實現深（shēn）冷溫區製冷（lěng），另一方麵這樣的技術也易於規（guī）模推廣。
據公教授介紹，當前（qián）混合工質節（jiē）流製（zhì）冷技術可（kě）應用於混合工質低溫冰箱，采用此技術實際（jì）上是回熱式混合工質節流製冷和*環保工質技術（shù），從而實現從—86至（zhì）—186攝氏度全溫（wēn）區覆蓋。在順應節能低碳環（huán）保（bǎo）的（de）時代主（zhǔ）流下，該項技（jì）術目前已成功實現產業化，並獲得了良（liáng）好（hǎo）的社會和經濟效益；顯著提升了我國低溫冰箱行業的發展水平。
二（èr）、熱聲製（zhì）冷技術創（chuàng）無機械運動部（bù）件（jiàn）熱驅動熱聲製冷（lěng）機
縱觀熱聲製冷機的發展曆程（chéng），2004年采（cǎi）用聚能諧振管行波熱聲發動機驅動的一種新型的低溫熱聲製冷機麵世，其（qí）在平（píng）均壓力為（wéi）2.1MPa,工作（zuò）頻率為91Hz時可達到75K，突破液氮溫度（dù）；2005年中科院理化所提出的“聲學（xué）壓（yā）力（lì）波放大器”，實驗獲得證實；2005年研發的雙行波熱聲製冷流程及（jí）效率較（jiào）高、冷量zui大的（de）室溫熱聲製冷機，實（shí）現了以氦（hài）氣（qì）為工質在平均壓力為3MPa，工作頻率為67.5Hz、2.2KW的（de）輸入（rù）功率情況（kuàng）下，在—22攝氏（shì）度（dù）時有250W的製冷量，其實現的雙（shuāng）行（háng）波流（liú）程結構為世界*；2006年（nián）研究出的“二介（jiè）質耦（ǒu）合聲學放大器”實現了（le）不僅可降低工作頻率，且可同時（shí）提高壓比，用於聚（jù）能型（xíng）發動機驅動的二次二級脈衝管製冷機，獲得18.3K的zui低溫度，突破液氫溫度，在上取得（dé）了中等頻率熱聲製冷的突破（pò），目前已達到63K；2008年—2009年，新結構行波熱聲製（zhì）冷可實現zui低溫度—80攝氏度，在340W@—20攝（shè）氏度的製冷量，加熱量降低到2.2KW以下，效率有30%以上的提高。
熱聲效（xiào）應包括熱致（zhì）聲效（xiào）應和聲製冷效應（yīng）。利用熱致聲效應可製作熱聲（shēng）發動機（即熱聲壓縮機），利用聲製冷效應可製造熱聲製冷機，將（jiāng）二者結合可形成*沒有機械（xiè）運動部件的熱驅動熱聲製冷機。據介紹，當前熱聲壓縮機主要有兩種形式：一是（shì）駐波型（xíng），此波（bō）型壓（yā）力波和速度波相位接近90度，主（zhǔ）要為駐波場，熱聲轉換，需要固有的不可逆換熱；一（yī）是行波型，此波型壓力波和速度波接（jiē）近0度，主要為（wéi）行波聲場，熱力轉換，追求（qiú）可逆熱力過程。而熱聲製冷機的主（zhǔ）要形式有三種：駐波熱聲製冷機、脈衝管製冷機、熱聲斯特林熱聲製冷機。
對於熱聲製冷技術，存在以下五（wǔ）個方麵的特點：*，高度的（de）可靠性，沒有機械運動部件；第二，高度的環保性，因其技術運用中采用的是He、N2等惰（duò）性氣體；第（dì）三，高（gāo）度的適應性，其運（yùn）行中使（shǐ）用的熱能驅動可以是餘（yú）熱、太陽能等；第四，寬廣的製冷（lěng）溫區，該技術可實現室（shì）溫低至低溫4K，；第五，潛在的（de）率，行波熱聲循環（huán）的本征效率與卡諾循環相同。目前（qián）在（zài）低（dī）溫製冷方麵使用的機械式低溫製冷（lěng）技術可靠性低，在（zài）室溫（wēn）製冷方麵使用的氟利昂製冷技術因環保問題（tí）需要替代，相比較之下，熱聲製冷技術的優勢已逐漸顯現出來，其應用（yòng）發展空間不言而喻（yù）。
三、高頻脈衝管製冷技術*緊湊和的（de）發展潛力
高頻脈衝管製冷在低溫下沒有運動部件，可靠性得到大幅（fú）度的提高。高頻脈衝管由高頻直線（xiàn）壓縮機驅動（dòng），具有緊湊和（hé）的發展潛力，近年來成（chéng）為脈衝管製冷研（yán）究的重點和前沿方向，高頻脈衝管製冷（lěng）技術又分為（wéi）單級高頻脈衝管製冷和多級高頻脈衝（chōng）管製冷技術。
當前單級高頻脈衝管（guǎn）製冷技術相關研究單位已經（jīng）提（tí）出弱非線性理論（lùn）模型，並（bìng）開發出性能設計和優化軟件（jiàn），研製出當前效率較（jiào）高的低溫脈衝管熱聲製冷係統，20W@@77K整機效率（lǜ）22.2%，而多級高頻脈衝管製冷技術的研究（jiū）相關單（dān）位提出采用SAGE軟件設計和（hé）優化由兩台直線壓縮機驅動的三級高頻脈衝管製冷係（xì）統，實驗中成（chéng）功獲得5K以下的無負荷溫（wēn）度，這是目前三級高頻脈衝管製冷獲得的zui低溫度。
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