聲能冰箱 - 跟著鄭大師玩科學

除了熱電效應、磁熱效應、熱彈效應可運用於致冷用途，再來聊聊另一種熱聲效應 ... 2004年的原型機則具有119瓦的冷卻能力，溫度可達-24.6℃的冰淇淋冷凍 ... 　37,159次閱讀 除了熱電效應、磁熱效應、熱彈效應可運用於致冷用途，再來聊聊另一種熱聲效應 (Thermoacousticeffect ) 熱聲致冷技術是以高強度的聲波來取代壓縮機的角色，藉由揚聲器所產生特定頻率的聲音來形成振盪的壓力波，從而對共振腔內的高壓氦氣產生壓縮與膨脹作用。

由於氣體絕熱壓縮時溫度會上升，絕熱膨脹時溫度則下降，經由片堆與熱交換器即可傳遞熱量而形成致冷循環（refrigerationcycle），熱聲致冷器就是利用此原理的應用   2004年的原型機則具有119瓦的冷卻能力，溫度可達-24.6℃的冰淇淋冷凍櫃《SOUNDSCOOL!》 聲能冰箱是焦耳循環（氣體制冷循環）的應用，其循環的四個過程與使用傳統壓縮機的電冰箱相似，二者的區別在於前者不發生相變 1.絕熱壓縮：當氣體團移動到片堆左側時，會經歷絕熱壓縮的過程，壓縮時溫度升高。

2.等壓冷卻：因為氦氣在片堆左側的溫度升高，於是可藉由放熱而由工作流體將熱量帶走，這時的氦氣冷卻過程屬於等壓冷卻。

3.絕熱膨脹：當氣體團移動到片堆右側時，則是經歷絕熱膨脹過程，膨脹時溫度下降。

4.等壓吸熱：氦氣在片堆右側的溫度下降，於是在這個冷端吸收來自工作流體的熱量，使得流出冷端的流體溫度下降，這時的氦氣則處於等壓吸熱過程。

這種經由聲波振盪而形成溫差的現象稱為「熱聲逆效應」，利用這種泵熱過程，就可以製作由聲波致冷的「熱聲致冷機」，目前的技術已可實現攝氏零下200度以下的低溫。

相對的，「熱聲正效應」則是由於熱在氣體中所引起的聲波自激振盪現象，例如RijkeTube。

當熱量施加於管內的熱交換器（鐵網）時，附近的氣體被加熱，產生膨脹並發出壓力擾動波前而向兩端傳播。

當第一個壓力波前傳播到管腔的開口端時會反射回來，然後與後續抵達的波動相疊加。

在某一特定頻率（由共振腔管長與聲速決定）產生正回饋加強，經若干個週期的重複加強後達到飽和而形成持續的諧振波動，這個過程是將熱轉換成聲波形式的機械能，故稱「熱聲正效應」。

延伸閱讀 熱聲發動機是指經由熱聲效應，由熱產生機械動力的裝置。

現有發動機中與熱聲熱機最為接近的是史特林引擎（StirlingEngine）。

與傳統的熱機技術相比，熱聲技術具有下列優點與發展潛力： 1.耐用性高：熱聲發動機和熱聲致冷機都沒有運動元件，它們的壓縮過程和膨脹過程完全由聲波本身的振盪來實現 2.效率高：由於沒有機械運動部件，因此傳統熱機中因機械摩擦而產生的損耗即可避免 3.結構簡單：熱聲熱機主要由熱交換器和管道組成，其機械加工複雜程度比傳統動力機械低，因此製造成本可以降低 4.環保：熱聲技術通常採用惰性氣體當介質，因此具有環保特性，並且可採用多種熱源驅動工作（太陽能、生質能、工業餘熱等）。

研究熱聲效應和熱聲技術的物理機制與能量轉換特性，在經過多年努力後，迄今已建立更為健全的熱聲設計理論，在理論架構下逐漸形成完善的技術體系，並發展出許多熱聲發動機和致冷機產品。

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