Термоакустический двигатель типа Стирлинга достиг 49% от предела Карно, это рекорд для машины, единственная рабочая часть которой - столб газа, колеблющийся под действием звука (Tijani и Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011). Эта цифра венчает подъём, начавшийся, когда Лос-Аламос в 1999 году показал, что двигатель без движущихся частей способен преобразовывать 30% тепла в звуковую мощность, превзойдя диапазон от 0,10 до 0,25 у прежних двигателей без движущихся частей (Backhaus и Swift, Nature 1999). Генераторы на той же физике теперь выдают 15,0 кВт электроэнергии (Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024), а пульсационный криокулер, родственная технология, уже более 17 лет удерживает детекторы на спутнике NASA при 58 K (страница NASA JPL AIRS Thermal System). Мы собрали данные из статей Los Alamos National Laboratory в Nature и JASA, Energy Research Centre of the Netherlands, Chinese Academy of Sciences, Zhejiang University, NIST, NASA и JPL, а также из рецензируемых работ в Applied Energy, Energy, Cryogenics и Scientific Reports. Те же звуковые поля большой амплитуды, которые здесь переносят тепло, удерживают в воздухе и капли, эту тему мы отслеживаем в нашей статистике акустической левитации.
В тексте постоянно встречаются два термина. Процент от КПД Карно сравнивает реальную машину с теоретическим потолком: КПД Карно - это максимум работы, который любой двигатель может получить из тепла, перетекающего между заданными горячей и холодной температурами, так что двигатель на уровне 41% от Карно использует 41% того, что физика допускает при этих температурах. Стоячая волна против бегущей волны описывает, как движется звук: в устройстве на стоячей волне волна ходит туда и обратно по прямой трубе, а газ обменивается теплом со стенками с запаздыванием, что расходует энергию впустую; в устройстве на бегущей волне волна циркулирует по контуру и через тонкую металлическую сетку (регенератор), поэтому газ следует почти идеальному циклу Стирлинга и теряет намного меньше.
Кратко (TL;DR)
- Термоакустический двигатель типа Стирлинга достиг 49% от КПД Карно, это рекорд для данной технологии (Tijani и Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011).
- Двигатель на бегущей волне из Лос-Аламоса преобразовал 30% тепла в акустическую мощность (41% от Карно) при 710 Вт, более чем на 50% лучше прежних конструкций на стоячей волне (Backhaus и Swift, JASA 2000).
- Гибридный термоакустический электрогенератор выдал 15,0 кВт с пиковым КПД 39,2% при 11,1 кВт (Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024).
- Трёхступенчатый генератор на бегущей волне выдал 4,69 кВт при термоэлектрическом КПД 15,6% (Bi и др., Applied Energy 2017).
- Многоступенчатый контурный двигатель начал колебаться при разности температур всего 17 °C (Jin и др., Scientific Reports 2017).
- Термоакустический холодильник с тепловым приводом достиг COP 1,12 при холодопроизводительности 2,53 кВт, в 2,7 раза выше прежнего лучшего результата (Xiao и др., Cell Reports Physical Science 2024).
- Коаксиальный термоакустический охладитель типа Стирлинга достиг 25% от Карно и -54 °C (Tijani и Spoelstra, Cryogenics 2008).
- Пульсационные холодильники достигли 24% от Карно при 80 K и температур вплоть до 2 K (Radebaugh, NIST 2003).
- Детекторы MIRI телескопа Webb работают номинально около 6,2 K, охлаждаясь трёхступенчатым пульсационным предварительным охладителем и контуром Джоуля-Томсона (страница NASA Webb Cryocooler, 2024).
- Обычные магниты МРТ вмещают около 1 500-2 000 литров жидкого гелия, тогда как герметичным конструкциям требуется всего 7 или 0,7 литра (Manso Jimeno и др., обзор магнитов МРТ 2022).
1. Эффективность преобразования тепла в звук: насколько двигатели приближаются к пределу Карно
Двигатель - сердце любой термоакустической системы: тепло подаётся на одном конце пористого сердечника, а на выходе получается звуковая мощность. Результат Лос-Аламоса 1999 года, 30% термического КПД или 41% от Карно, поставил двигатель без движущихся частей в один диапазон с основной массой машин: та же статья в Nature оценивала двигатели внутреннего сгорания в 0,25-0,40, а поршневые двигатели Стирлинга в 0,20-0,38 (Backhaus и Swift, Nature 1999). Последовавшее подробное исследование показало компромисс, с которым до сих пор сталкивается каждый конструктор: при стремлении к максимальной мощности (890 Вт) КПД падает до 0,22 (Backhaus и Swift, JASA 2000).
С тех пор потолок сдвигался медленно. Нидерландский двигатель на уровне 49% от Карно (Tijani и Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011) остаётся самым цитируемым рекордом, а новые работы сосредоточены на масштабе: четырёхступенчатый многоконтурный двигатель 2025 года выдал 4 x 2 100 Вт акустической мощности, а его разработчики прогнозируют 60 кВт при полном расчётном давлении и температуре нагрева (Yu и др., Energy 2025). Вопрос уже не в том, способен ли звук эффективно переносить тепло, а в том, сохранится ли эта эффективность при масштабировании.
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Термический КПД термоакустического двигателя типа Стирлинга из Лос-Аламоса в точке наибольшей эффективности | 0,30 (30%), что равно 41% от Карно | Backhaus и Swift, JASA 2000 |
| Акустическая мощность в этой точке наибольшей эффективности | 710 Вт | Backhaus и Swift, JASA 2000 |
| Максимальная акустическая мощность того же двигателя и его КПД в этой точке | 890 Вт при КПД 0,22 | Backhaus и Swift, JASA 2000 |
| Выигрыш в характеристиках этого двигателя на бегущей волне перед прежними двигателями на стоячей волне | Более 50% | Backhaus и Swift, JASA 2000 |
| Диапазон КПД прежних тепловых двигателей без движущихся частей | от 0,10 до 0,25 | Backhaus и Swift, Nature 1999 |
| Рекордный КПД термоакустического двигателя типа Стирлинга как доля от Карно | 49% | Tijani и Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011 |
| Каскадный двигатель (1 ступень на стоячей волне плюс 2 ступени на бегущей волне): акустическая мощность и КПД | До 2 кВт при 20% | Gardner и Swift, JASA 2003 |
| Четырёхступенчатый многоконтурный двигатель (2025): КПД по акустической выходной мощности в экспериментах | 16,15%, при 4 x 2 100 Вт акустической мощности | Yu и др., Energy 2025 |
Примечание о контексте: авторы каскадного двигателя ожидали, что расширение их конструкции должно дать от 35% до 40% от Карно (Gardner и Swift, JASA 2003). Самые свежие доступные данные по рекорду для одиночного двигателя: Tijani и Spoelstra, 2011. Конструирование резонаторов и импеданса также является основным инструментом акустических метаматериалов, другой области, где инженеры формируют звуковые поля, а не подавляют их.
2. Термоэлектрические генераторы: от ватт до 15 киловатт
Преобразование звуковой мощности в электричество добавляет вторую потерю, потерю в альтернаторе, поэтому термоэлектрические показатели всегда ниже показателей преобразования тепла в звук. Генератор Лос-Аламоса и Northrop Grumman 2004 года преобразовал 18% тепла в электричество, против 7% у радиоизотопных термоэлектрических генераторов, применявшихся тогда на космических аппаратах (ScienceDaily, со ссылкой на Los Alamos National Laboratory, 2004). Двигатель внутри этого генератора работал на уровне 35,7% от Карно (Yu, Jaworski и Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010, описывая работу Backhaus и др.).
Затем китайские группы подняли уровень мощности до киловатт. Генератор на бегущей волне класса 1 кВт достиг пикового КПД 19,8% (Wu и др., Applied Energy 2014), трёхступенчатая машина выдала 4,69 кВт (Bi и др., Applied Energy 2017), а гибридная конструкция с газовой пружиной в тыловой позиции дошла до 15,0 кВт (Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024). Пиковый КПД гибрида 39,2% - главный показатель, но в нём используется поршень, так что это не чистая машина без движущихся частей.
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Термоакустический генератор на бегущей волне для космических аппаратов: доля тепла, преобразованная в электричество, против радиоизотопных термоэлектрических генераторов | 18% против 7% | ScienceDaily / Los Alamos National Laboratory, 2004 |
| Генератор на бегущей волне класса 1 кВт: максимальная электрическая мощность и КПД при этой мощности | 1 043 Вт при 17,7% | Wu и др., Applied Energy 2014 |
| Тот же генератор: максимальный термоэлектрический КПД и мощность в этой точке (4,0 МПа, нагрев до 650 °C) | 19,8% при 970 Вт | Wu и др., Applied Energy 2014 |
| Генератор на бегущей волне с акустическим согласованием (гелий при 3,16 МПа): максимальная мощность и лучший КПД | 750,4 Вт; 0,163 | Wang и др., Energy 2016 |
| Трёхступенчатый генератор на бегущей волне (гелий при 6 МПа, нагрев до 650 °C): максимальная мощность и КПД | 4,69 кВт при 15,6% | Bi и др., Applied Energy 2017 |
| Тот же трёхступенчатый генератор: максимальный КПД и мощность в этой точке | 18,4% при 3,46 кВт | Bi и др., Applied Energy 2017 |
| Гибридный генератор с газовой пружиной в тыловой позиции: максимальная электрическая выходная мощность | 15,0 кВт | Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Тот же гибридный генератор: пиковый КПД и мощность в этой точке | 39,2% при 11,1 кВт | Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024 |
Примечание о выбросах: новые пути преобразования пока находятся на ранней стадии. Система 2026 года, в которой жидкий металл помещён в резонатор двигателя Backhaus-Swift, достигла термического КПД 11,0%, но лишь 13,5 Вт средней электрической мощности при температуре нагрева 885 K (Chen и др., The Innovation Energy 2026).
3. Температура самовозбуждения и низкопотенциальное сбросное тепло
Пороговая разность температур самовозбуждения - это наименьший перепад температур на сердечнике двигателя, при котором газ начинает колебаться самостоятельно; ниже неё двигатель ничего не производит. Она определяет, сможет ли машина работать на заводских выхлопных газах или только на пламени. Zhejiang University запустила многоступенчатый контурный двигатель при перепаде всего 17 °C, при нагреве до 29 °C против холодного конца при 12 °C (Jin и др., Scientific Reports 2017). Подвох в выходной мощности: трёхступенчатый генератор из той же статьи достиг максимального термоэлектрического КПД 1,03% при 94 °C, около 5% от Карно.
Дешёвый конец спектра показывает тот же компромисс. Прототип сельского генератора с громкоговорителем в роли альтернатора запускался при пороговом перепаде около 210 °C и выдавал 5,17 Вт из 800 Вт тепла, в целом 0,65% (Yu, Jaworski и Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010). Низкотемпературная термоакустика может запускаться почти где угодно; сделать её выгодной - открытая проблема.
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Наименьшая пороговая разность температур самовозбуждения асимметричного многоступенчатого контурного двигателя (CO2, 1 или 1,5 МПа) | 17 °C (нагрев 29 °C, холодный конец 12 °C) | Jin и др., Scientific Reports 2017 |
| Максимальный термоэлектрический КПД трёхступенчатого низкотемпературного генератора и температура нагрева | 1,03% при 94 °C (около 5% от Карно) | Jin и др., Scientific Reports 2017 |
| Температура нагрева, обычно необходимая термоакустическим двигателям типа Стирлинга для сопоставимой степени сжатия | Выше 600 °C | Jin и др., Scientific Reports 2017 |
| Многоступенчатый контурный двигатель de Blok: КПД относительно Карно при источнике тепла 99 °C | 38% | Jin и др., Scientific Reports 2017 (со ссылкой на de Blok) |
| Двигатель de Blok на бегущей волне: пороговая разность температур самовозбуждения | 65 K | Yu, Jaworski и Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010 |
| Недорогой сельский генератор: пороговая разность температур самовозбуждения и электричество из 800 Вт тепла | Около 210 °C; 5,17 Вт (0,65% в целом) | Yu, Jaworski и Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010 |
| Генератор с воздушным заполнением в контурной трубе и серийным аудиогромкоговорителем в роли альтернатора: электрическая мощность | 11,6 Вт | Yu, Jaworski и Backhaus, Applied Energy 2012 |
Примечание о контексте: одна система утилизации сбросного тепла 2025 года сообщает о 170 Вт электроэнергии плюс 74,73 Вт холодопроизводительности при -10 °C от источника тепла 500 °C, с термоэлектрическим КПД 29,22% и общим эксергетическим КПД 54,01% в определении её авторов (Umar и др., Sustainable Energy Technologies and Assessments 2025). Авторы также утверждают, что система работает при температуре на 100-200 °C ниже, чем обычные термоакустические системы. Почему этот показатель КПД нельзя напрямую сравнивать с разделом 2, объясняется в наблюдении по данным. Самые свежие доступные данные по рекорду самовозбуждения при 17 °C: Jin и др., 2017. Прототип с громкоговорителем на 11,6 Вт описан в Applied Energy 2012.
4. Термоакустические холодильники: COP и процент от Карно
Если запустить двигатель в обратную сторону, звук начнёт перекачивать тепло: это и есть термоакустический холодильник. Его эффективность выражают как COP (холодильный коэффициент), то есть отданный холод на единицу затраченной энергии, или как COP относительно Карно. Первое поколение охладителей держалось между 8,5% и 19% от Карно, от корабельной установки SETAC ВМС США до устройства Penn State, завершённого в 2005 году (Kajurek, Rusowicz и Grzebielec, SN Applied Sciences 2019). Коаксиальный охладитель на бегущей волне с 25% от Карно почти вдвое превзошёл лучший результат на стоячей волне (Tijani и Spoelstra, Cryogenics 2008).
Самые новые цифры дают машины с тепловым приводом, где термоакустический двигатель напрямую приводит в действие охладитель вообще без электричества. Конструкция с байпасом достигла COP 1,12 при источнике тепла 450 °C, что, по словам авторов, превосходит адсорбционные чиллеры и одноступенчатые абсорбционные чиллеры (Xiao и др., Cell Reports Physical Science 2024). Эта рамка важна: конкурент - не электрическая парокомпрессионная установка в доме (см. нашу статистику шума конденсаторов тепловых насосов), а чиллер с тепловым приводом, который уже работает на сбросном тепле.
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Холодильник Хофлера (1986): КПД относительно Карно при тепловой нагрузке 3 Вт | 12% от Карно | Kajurek и др., SN Applied Sciences 2019 (обзор) |
| Термоакустический холодильник STAR: холодопроизводительность при перепаде температур 50 °C и относительный КПД | 3 Вт; 16% | Kajurek и др., SN Applied Sciences 2019 (обзор) |
| Корабельный чиллер SETAC ВМС США: холодопроизводительность и КПД относительно Карно | Почти 420 Вт; 8,5% | Kajurek и др., SN Applied Sciences 2019 (обзор) |
| Устройство Penn State (гелий-аргон при 30 бар): КПД относительно Карно | 19% | Kajurek и др., SN Applied Sciences 2019 (обзор) |
| Коаксиальный термоакустический охладитель типа Стирлинга: COP относительно Карно и минимальная температура | 25%; -54 °C | Tijani и Spoelstra, Cryogenics 2008 |
| Холодильник с тепловым приводом и байпасной конфигурацией: COP и холодопроизводительность (тепло 450 °C, окружающая среда 35 °C, охлаждение до 7 °C) | COP 1,12; 2,53 кВт | Xiao и др., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Та же машина: COP относительно прежнего лучшего термоакустического холодильника с тепловым приводом | В 2,7 раза выше | Xiao и др., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Более поздний охладитель с тепловым приводом: COP и холодопроизводительность при нагреве до 550 °C | COP 1,34; 2,37 кВт | Xiao и др., The Innovation Energy 2024 |
Примечание о выбросах: значение 1,34 приводится как рост COP на 240% по сравнению с лучшим прежним результатом с тепловым приводом без новой конфигурации (Xiao и др., The Innovation Energy 2024). Исследовательская группа также прогнозирует потенциальный COP 2 выше 800 °C, это симуляция, а не измерение (TechXplore, со ссылкой на Chinese Academy of Sciences, 2024).
5. Пульсационные криокулеры: эффективность, предельно низкие температуры и версии с тепловым приводом
Пульсационный криокулер - это холодильник для криогенных температур (область глубокого холода, в которой сжижают газы), холодный конец которого не имеет движущихся частей: колеблющийся столб газа и небольшое отверстие выполняют работу, которую иначе выполнял бы поршень. Это история коммерческого успеха термодинамики колебательных потоков. Пульсационные трубки достигли 24% от Карно при 80 K и температур вплоть до 2 K (Radebaugh, NIST, Pulse Tube Cryocoolers 2003).
Цена более глубокого холода чудовищна. Серийная двухступенчатая установка давала 0,5 Вт при 4,2 K при потребляемой мощности компрессора около 5,5 кВт; расчёт (5 500 Вт / 0,5 Вт) даёт примерно 11 000 Вт электроэнергии на ватт холода. Версии с тепловым приводом полностью обходятся без электрического компрессора: контурная система 2025 года с четырьмя термоакустическими двигателями достигла 46,6 K, это рекорд для системы на 100 Гц, и утилизировала сбросное тепло в четырёх каскадных ступенях (Zhang и др., Energy 2025).
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Наибольший КПД пульсационной трубки при 80 K как доля от Карно | 24% | Radebaugh, NIST 2003 |
| Самая низкая температура, достигнутая пульсационными холодильниками | Около 2 K | Radebaugh, NIST 2003 |
| Серийная двухступенчатая пульсационная трубка на 4 K: холодопроизводительность при 4,2 K и потребляемая мощность компрессора | 0,5 Вт (или 4,8 л в сутки жидкого гелия); около 5,5 кВт | Radebaugh, NIST 2003 |
| Вибрация пульсационных трубок на 4 K против холодильников Гиффорда-Макмагона | Более чем на порядок меньше | Radebaugh, NIST 2003 |
| Пульсационная трубка с термоакустическим приводом для природного газа: холодопроизводительность и доля газа, сжигаемая для сжижения остального | Около 2 кВт при 120 K; около одной трети | Radebaugh, NIST 2003 |
| Пульсационная трубка NIST на 120 Гц: КПД (по входной PV-мощности) и чистое охлаждение при 80 K | Около 22,6% от Карно; 3,35 Вт | NIST, 120 Гц Pulse Tube Cryocooler 2007 |
| Пульсационный охладитель с тепловым приводом и четырьмя термоакустическими двигателями: минимальная температура и охлаждение при 74,031 K | 46,6 K; 3 Вт | Zhang и др., Energy 2025 |
| Та же система, четырёхступенчатая каскадная утилизация сбросного тепла: КПД утилизации и холодопроизводительность при 75,5 K | 0,66; 2,35 Вт | Zhang и др., Energy 2025 |
Примечание о контексте: охладитель NIST на 120 Гц остыл от температуры окружающей среды до 80 K за 5,5 минуты (NIST, 2007). Показатели сжижителя природного газа (около 600 л в сутки) описывают демонстрационную установку, впервые показанную NIST и Лос-Аламосом в 1990 году; самые свежие доступные данные: Radebaugh, 2003.
6. Пульсационные трубки в космосе и в томографах МРТ
Космос - то место, где холодный конец без движущихся частей окупает себя, потому что обслужить охладитель на орбите некому. Прибор AIRS на спутнике NASA Aqua нёс первые пульсационные охладители, использованные в космосе, удерживая детекторы при 58 K при заявленном ресурсе более 17 лет (NASA JPL, AIRS Thermal System). Прибор MIRI телескопа Webb довёл идею до трёх пульсационных ступеней, предварительно охлаждающих гелий примерно до 14 K, прежде чем ступень Джоуля-Томсона доводит детекторы до около 6,2 K (NASA, страница Webb Cryocooler 2024).
На земле те же охладители изменили экономику МРТ. Магниты с ванной охлаждения вмещают от 1 500 до 2 000 литров жидкого гелия, и даже с реконденсирующим криокулером им по-прежнему нужно 500 литров и более (Manso Jimeno, Vaughan и Geethanath, обзор магнитов МРТ 2022). Герметичные конструкции с кондуктивным охлаждением сокращают это до однозначного числа литров, хотя обзор 2025 года отмечает, что данные о запасах в основном приводятся самими производителями (Alenezi и др., Cureus 2025).
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Пульсационный криокулер AIRS: чистая холодопроизводительность и входная мощность на ватт холода при 55 K | 1,5 Вт; около 62 Вт/W | NASA JPL, страница AIRS Thermal System |
| Масса системы охлаждения AIRS (оба резервных блока плюс конструкция) и заявленный ресурс | 37 кг; более 17 лет в космосе | NASA JPL, страница AIRS Thermal System |
| Температура детектора Webb MIRI: требуемый максимум и номинал | Ниже 7 K (не более 6,7 K); около 6,2 K | NASA, страница Webb Cryocooler 2024 |
| Предварительный охладитель Webb MIRI: пульсационные ступени против прежних проверенных систем и холодопроизводительность | 3 против 2 ступеней; около 1/4 Вт | NASA, страница Webb Cryocooler 2024 |
| Электроника криокулера MIRI: расчётный срок службы, масса и непрерывно выдаваемая мощность | Более 10 лет; 9 кг; 360 Вт | Harvey и др., NASA NTRS 2013 |
| Пульсационные криокулеры производства Northrop Grumman: суммарные годы на орбите (собственное заявление производителя) | Более 300 лет | Northrop Grumman, страница Cryocoolers |
| Жидкий гелий в обычном магните МРТ с ванной охлаждения против магнита без выкипания с реконденсирующим криокулером | От 1 500 до 2 000 л против 500 л и более | Manso Jimeno и др., обзор магнитов МРТ 2022 |
| Средний срок службы холодной головки МРТ: новая против восстановленной системы | От 4 до 5 лет против от 3 до 4 лет | Manso Jimeno и др., обзор магнитов МРТ 2022 |
Примечание о контексте: тот же обзор по МРТ сообщает о герметичных системах на NbTi с 7 л (1,5 T) и 0,7 л (0,55 T) жидкого гелия. Northrop Grumman также заявляет о надёжности более 90% при 87 600 часах (10 лет) для своих космических охладителей (Northrop Grumman, Cryocoolers); это заявления производителя, а не независимые аудиты. Подробности об электронике MIRI: NASA NTRS 2013.
Итоги: эффективность термоакустических двигателей и холодильников в цифрах
| Показатель | Значение | Источник |
|---|---|---|
| Рекордный КПД термоакустического двигателя относительно Карно | 49% | Tijani и Spoelstra, Journal of Applied Physics 2011 |
| Термоакустический двигатель типа Стирлинга из Лос-Аламоса: термический КПД и доля от Карно | 30%; 41% | Backhaus и Swift, JASA 2000 |
| Двигатели внутреннего сгорания против поршневых двигателей Стирлинга, диапазоны КПД, приведённые в 1999 году | от 0,25 до 0,40 против от 0,20 до 0,38 | Backhaus и Swift, Nature 1999 |
| Акустическая мощность каскадного двигателя при КПД 20% | До 2 кВт | Gardner и Swift, JASA 2003 |
| Четырёхступенчатый многоконтурный двигатель: прогнозируемая акустическая мощность в расчётных условиях | 60 кВт | Yu и др., Energy 2025 |
| Термоакустический генератор 2004 года против радиоизотопных термоэлектрических генераторов | 18% против 7% тепла в электричество | ScienceDaily / Los Alamos National Laboratory, 2004 |
| Наибольший КПД генератора на бегущей волне класса 1 кВт | 19,8% при 970 Вт | Wu и др., Applied Energy 2014 |
| Максимальная электрическая мощность трёхступенчатого генератора | 4,69 кВт при 15,6% | Bi и др., Applied Energy 2017 |
| Максимальная выходная мощность и пиковый КПД гибридного генератора | 15,0 кВт; 39,2% при 11,1 кВт | Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024 |
| Термический КПД термоакустического МГД-генератора на жидком металле | 11,0% при 13,5 Вт | Chen и др., The Innovation Energy 2026 |
| Самая низкая зафиксированная пороговая разность температур самовозбуждения | 17 °C | Jin и др., Scientific Reports 2017 |
| Типичный нагрев, необходимый термоакустическим двигателям типа Стирлинга | Выше 600 °C | Jin и др., Scientific Reports 2017 |
| Ранние охладители на стоячей волне, КПД относительно Карно | от 8,5% (SETAC) до 19% (Penn State) | Kajurek и др., SN Applied Sciences 2019 |
| Коаксиальный термоакустический охладитель типа Стирлинга | 25% от Карно, -54 °C | Tijani и Spoelstra, Cryogenics 2008 |
| COP термоакустических холодильников с тепловым приводом | 1,12 при 450 °C; 1,34 при 550 °C | Xiao и др., Cell Reports Physical Science 2024; The Innovation Energy 2024 |
| Лучший КПД пульсационной трубки при 80 K | 24% от Карно | Radebaugh, NIST 2003 |
| Входная мощность серийной пульсационной трубки на 4 K для 0,5 Вт при 4,2 K | Около 5,5 кВт | Radebaugh, NIST 2003 |
| Рекордно низкая температура пульсационной трубки с тепловым приводом на 100 Гц | 46,6 K | Zhang и др., Energy 2025 |
| Заявленный ресурс пульсационного охладителя AIRS | Более 17 лет в космосе | NASA JPL, страница AIRS Thermal System |
| Жидкий гелий в МРТ: обычная против герметичной конструкции на 1,5 T | От 1 500 до 2 000 л против 7 л | Manso Jimeno и др., обзор магнитов МРТ 2022 |
Методология и источники
- Backhaus, S. и Swift, G. W., «A thermoacoustic Stirling heat engine», Nature 399, 1999: запись с аннотацией; освещение в прессе в ScienceDaily 1999.
- Backhaus, S. и Swift, G. W., «A thermoacoustic-Stirling heat engine: Detailed study», JASA 2000: doi.org/10.1121/1.429343.
- Gardner, D. L. и Swift, G. W., «A cascade thermoacoustic engine», JASA 2003: doi.org/10.1121/1.1612483.
- Tijani, M. E. H. и Spoelstra, S., «A high performance thermoacoustic engine», Journal of Applied Physics 2011: doi.org/10.1063/1.3658872.
- Tijani, M. E. H. и Spoelstra, S., «Study of a coaxial thermoacoustic-Stirling cooler», Cryogenics 2008: запись IIR FRIDOC.
- Backhaus, Tward и Petach, термоакустический электрогенератор на бегущей волне, Applied Physics Letters 2004, по сообщению ScienceDaily 2004.
- Yu, Jaworski и Backhaus, Proc. IMechE Part A 2010: репозиторий White Rose; и Applied Energy 2012: doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.04.046.
- Wu и др., Applied Energy 2014: IDEAS/RePEc. Wang и др., Energy 2016: IDEAS/RePEc. Bi и др., Applied Energy 2017: запись AGRIS.
- Chen и др., Cell Reports Physical Science 2024: doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101835. Chen и др., The Innovation Energy 2026: страница журнала.
- Yu и др., Energy 2025: IDEAS/RePEc. Zhang и др., Energy 2025: IDEAS/RePEc. Umar и др., Sustainable Energy Technologies and Assessments 2025: исследовательский портал BIT.
- Jin и др., Scientific Reports 2017: PMC5550454.
- Kajurek, Rusowicz и Grzebielec, SN Applied Sciences 2019 (обзор эталонных показателей холодильников): Springer.
- Xiao и др., Cell Reports Physical Science 2024: doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101815; Xiao и др., The Innovation Energy 2024: запись репозитория KIT; освещение в прессе в TechXplore 2024.
- Radebaugh, R., «Pulse Tube Cryocoolers», NIST 2003: PDF на trc.nist.gov. NIST, «120 Гц Pulse Tube Cryocooler for Fast Cooldown to 50K», 2007: nist.gov.
- NASA JPL, AIRS Thermal System; NASA, Webb Cryocooler; Harvey и др., NASA NTRS 2013; Northrop Grumman, Cryocoolers (заявления производителя).
- Manso Jimeno, Vaughan и Geethanath, «Superconducting magnet designs and MRI accessibility: a review», 2022: arXiv:2205.08918. Alenezi и др., Cureus 2025: PMC12701844.
- Наблюдение по данным: определения эффективности различаются и не взаимозаменяемы. КПД преобразования тепла в звук (раздел 1) не учитывает потери в альтернаторе; термоэлектрический КПД (раздел 2) их учитывает; «КПД утилизации» в охладителях с тепловым приводом (раздел 5) каждый автор определяет по-своему. Термоэлектрический КПД 29,22% в разделе 3 относится к комбинированной системе выработки электроэнергии и холода, а её аннотация не указывает точную базу расчёта, поэтому его не следует ранжировать вместе с рекордами из раздела 2. Два рекорда COP от одной группы Chinese Academy of Sciences появились в 2024 году (1,12 и 1,34) при разных температурах нагрева (450 °C и 550 °C); оба представляют собой самостоятельно заявленные сравнения с прежними работами. Многие заметные рекорды двигателей давние: двигатель на уровне 49% от Карно (2011), самовозбуждение при 17 °C (2017) и КПД пульсационной трубки при 80 K (2003) остаются самыми свежими данными, которые нам удалось проверить. Статья в Cryogenics 2026 года сообщает об охлаждении до 77 K с КПД утилизации 45,8% у трёхступенчатого каскадного охладителя, но её полная аннотация оказалась недоступна, поэтому она не включена. Данные о запасах гелия в герметичных магнитах МРТ в основном приводятся самими производителями, о чём отмечает и сам обзор Cureus 2025 года.
Последнее обновление: 25 октября 2026 года. Мы обновляем этот обзор ежеквартально, и следующее обновление ожидается после публикации материалов International Cryocooler Conference 2026 и следующих выпусков Applied Energy и Energy о термоакустических генераторах.