一種聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，由N個(gè)彈性膜和N個(gè)通過諧振管首尾相連并形成環(huán)形回路的熱聲單元組成，其中N為3～10的正整數(shù)，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為360°/N；每個(gè)熱聲單元由熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和脈管制冷組成；本發(fā)明的制冷系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)完全沒有運(yùn)動(dòng)部件，其可靠性得到進(jìn)一步提升；在聲學(xué)共振環(huán)路系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)純行波相位，并且每個(gè)熱聲單元中從脈管制冷機(jī)流出的聲功均被下一熱聲單元回收利用，可進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作效率；此外可根據(jù)所需要冷量情況串接不同數(shù)目的熱聲單元實(shí)現(xiàn)大冷量輸出；本發(fā)明能夠獲得大冷量，高效率，長(zhǎng)壽命，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在需求大冷量的場(chǎng)合有著良好的運(yùn)用前景。
【專利說明】一種聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制冷系統(tǒng)，特別是涉及一種新型的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高溫超導(dǎo)的應(yīng)用，超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)、超導(dǎo)電纜、限流器、超導(dǎo)儲(chǔ)能等獲得了快速的發(fā)展，這對(duì)低溫制冷機(jī)制冷量的提高提出了進(jìn)一步的要求。目前大功率脈管制冷機(jī)還存在一些尚未解決的問題，由于尺寸的增大，很容易導(dǎo)致氣體流動(dòng)和溫度分布不均，功率很難進(jìn)一步提高，目前還沒有很好的解決方法。另一方面隨著石油及煤炭資源的日益消耗及其對(duì)環(huán)境污染的日益加劇，增大天然氣在一次能源中的比例成為我國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的重要途徑。與管道天然氣相比，液化天然氣LNG有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和存儲(chǔ)，有利于邊遠(yuǎn)天然氣的回收，降低天然氣的儲(chǔ)存成本，有利于天然氣應(yīng)用中的調(diào)峰。傳統(tǒng)的天然氣液化流程主要有以下三種:復(fù)疊式液化流程、混合工質(zhì)液化流程、帶膨脹機(jī)的液化流程，無(wú)論哪一種液化流程都包含著許多復(fù)雜的過程，并且使用的工質(zhì)本省就存在著對(duì)環(huán)境不友好的問題。
[0003]行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和脈管制冷機(jī)因其具有運(yùn)行可靠、使用壽命長(zhǎng)、潛在效率高等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注，用行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。熱聲能量的轉(zhuǎn)換在很大程度上決定于壓力波動(dòng)與體積流率波動(dòng)之間的相位差。體積流率可表不成與壓力波動(dòng)同相的行波分量和與壓力波動(dòng)相位相差90°的駐波分量之和,純駐波即壓力波動(dòng)與體積流率的相位差為90°時(shí)是不能產(chǎn)生聲功的，聲功的產(chǎn)生靠行波分量，即壓力波動(dòng)與體積流率同相位的分量，因此使聲場(chǎng)中行波分量盡量增大對(duì)提高熱聲機(jī)械轉(zhuǎn)換效率具有積極的意義。
[0004]1979年美國(guó)的Ceperley首次提出了行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，但由于對(duì)熱聲轉(zhuǎn)換機(jī)理理解的有限并且對(duì)降低行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱功轉(zhuǎn)換核心部件回?zé)崞髯杩箾]有提出有效降低的技術(shù)方案，因此并沒有研制出可工作的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]1998年，在行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展之初，日本的Yazak1、Iwata等人提出了環(huán)形管行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中采用激光多普勒測(cè)速儀測(cè)量了工作氣體振蕩速度，并意識(shí)到由于發(fā)動(dòng)機(jī)板疊處工作氣體振蕩速度較大，造成了嚴(yán)重的粘性損失，限制了行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，但是并沒有提出妥善的解決方案。
[0006]隨后,美國(guó)的Backhaus和Swift等人提出的熱聲斯特林熱機(jī)及一些類似結(jié)構(gòu)的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，引入了諧振管結(jié)構(gòu)，如圖2所示，雖然在系統(tǒng)性能上有了很大的提高，但是諧振管部分基本仍是以駐波聲場(chǎng)為主，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)很大一部分聲功在諧振管中耗散，并且諧振管的引入極大的降低了系統(tǒng)的功率密度。
[0007]2010年，荷蘭的Kees de Blok提出了一種新型4階行波熱聲發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與Yazaki等人環(huán)形管行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)類似，但是增大了回?zé)崞鞯拿娣e，如圖3所示，使得工作氣體振蕩速度在回?zé)崞骼镉行Ы档?，解決了 Yazaki等人環(huán)形管行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞髦姓承該p失的問題。但是在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中并為加入熱緩沖管結(jié)構(gòu)，會(huì)造成冷熱氣體混合損失，產(chǎn)生極大的換熱不可逆損失；并且在環(huán)路系統(tǒng)中并未加入薄膜等抑制環(huán)路直流的裝置，環(huán)路中的直流會(huì)造成系統(tǒng)中氣體的定向流動(dòng)，使得氣體換熱與回?zé)崞?、換熱器的換熱效果變差，極大的影響了熱聲性能。所以也這種結(jié)構(gòu)也并未取得較好的結(jié)果。
[0008]2012年，中科院理化所羅二倉(cāng)課題組提出雙作用流程，如圖4所示，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)或脈管制冷機(jī)與雙作用直線電機(jī)首尾相連形成環(huán)路，系統(tǒng)能夠回收聲功，極大的提高了效率。但是雙作用電機(jī)的引入增加了系統(tǒng)不一致性問題，當(dāng)其中一個(gè)電機(jī)與其他電機(jī)有差異時(shí)，這種差異會(huì)在環(huán)路中被放大最終影響到系統(tǒng)的性能。
[0009]本發(fā)明正是基于以上帶諧振管的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、環(huán)路行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、以及雙作用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中存在的問題，提出了一種新型的設(shè)計(jì)，即解決了回?zé)崞魈幾枇^大以及諧振管體積過大的問題，又解決了 DeBlock環(huán)路系統(tǒng)中出現(xiàn)的冷熱損失、環(huán)路直流等問題，同時(shí)也解決了雙作用系統(tǒng)中不一致性的問題。通過熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)能夠使得系統(tǒng)完全沒有運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)一步提高了可靠性，并且可根據(jù)冷量的需求串聯(lián)多個(gè)熱聲單元實(shí)現(xiàn)大冷量輸出，十分適合于應(yīng)用在大冷量需求的場(chǎng)合，比如低溫超導(dǎo)和天然氣液化等場(chǎng)合。此外熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)熱端可可利用太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱或天然氣燃燒廢熱等低品位能源作為其熱源，極大的提高了能源利用率，在天然氣液化方向有著良好的運(yùn)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，利用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可極大提高系統(tǒng)的可靠性；本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)環(huán)路中各個(gè)位置都可實(shí)現(xiàn)行波相位，提高系統(tǒng)工作效率；并且可根據(jù)冷量的需求串聯(lián)多個(gè)熱聲單元實(shí)現(xiàn)天然氣液化所需的大冷量輸出；環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)除了具有靈活便利的優(yōu)勢(shì)，更兼有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，潛在效率高，工質(zhì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在大冷量需求場(chǎng)合有著良好的應(yīng)用前景。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]本發(fā)明提供的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其包括:
[0013]N個(gè)彈性膜和N個(gè)通過諧振管10首尾相連并形成環(huán)形回路的熱聲單元，其中N為3?10的正整數(shù)，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為360° /N ；
[0014]所述熱聲單元由依次串接的第一主室溫端換熱器1、第一回?zé)崞?、熱端換熱器3、第一熱緩沖管4、第二主室溫端換熱器5、第二回?zé)崞?、冷端換熱器7、第二熱緩沖管8和第二次室溫端換熱器9組成；
[0015]所述依次串接的第一主室溫端換熱器1、第一回?zé)崞?、熱端換熱器3、第一熱緩沖管4和第二主室溫端換熱器5構(gòu)成一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)；
[0016]所述依次串接的第二主室溫端換熱器5、第二回?zé)崞?、冷端換熱器7、第二熱緩沖管8和第二次室溫端換熱器9構(gòu)成一個(gè)脈管制冷機(jī)；
[0017]所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與脈管制冷機(jī)共用一個(gè)第二主室溫端換熱器5 ；
[0018]所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與所述熱聲制冷機(jī)統(tǒng)稱為熱聲轉(zhuǎn)換部件；所述諧振管10為管徑小于所述熱聲裝換部件的空管段，所述諧振管10起到連接相鄰兩個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換部件的連接及相位調(diào)節(jié)作用；[0019]對(duì)熱端換熱器3進(jìn)行加熱；通過水冷器對(duì)第一主室溫端換熱器1、第二主室溫?fù)Q熱器5及第二次室溫端換熱器9進(jìn)行冷卻使分別維持在室溫范圍；
[0020]所述彈性膜安裝在環(huán)形回路中對(duì)所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻的水冷器前的諧振管10上的任意位置處，以起到隔絕環(huán)形回路中的直流；當(dāng)熱端換熱器3與第一主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，整個(gè)聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)起振；每個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一回?zé)崞?內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng),將輸入熱端換熱器3的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并沿著由第一主室溫端換熱器I至熱端換熱器3的溫度梯度方向輸出，同時(shí)向該熱聲單元的第一主室溫?fù)Q熱器I放熱，熱量由冷卻器中的冷卻水帶走；在每一脈管制冷機(jī)中，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功由第二主室溫?fù)Q熱器5輸入，同樣在第二回?zé)崞?中發(fā)生熱聲轉(zhuǎn)換，將冷端換熱器7的熱量泵送至第二主室溫?fù)Q熱器5處輸出，熱量由冷卻器中的冷卻水帶走，使得冷端換熱器7溫度降低以制冷；由第二次室溫?fù)Q熱器9流出的聲功在諧振管10中耗散，并對(duì)熱聲轉(zhuǎn)換部件的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，剩余的聲功通過諧振管10進(jìn)入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收；如此循環(huán)以進(jìn)一步提高聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)工作效率。
[0021]所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與所述脈管制冷機(jī)的直徑為諧振管10直徑的10?25倍。
[0022]所述彈性膜11為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)膜或者射流裝置。
[0023]所述第二主室溫端換熱器5由二個(gè)室溫端換熱器組成；所述脈管制冷機(jī)連接在諧振管10的任意位置處。
[0024]所述聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為氦氣、氫氣，氮?dú)饣蚱浠旌稀?br> [0025]對(duì)所述第一熱端換熱器3進(jìn)行加熱的熱源為太陽(yáng)能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源。
[0026]本發(fā)明由于在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中加入第一熱緩沖管以及在脈管制冷機(jī)中加入第二熱緩沖管結(jié)構(gòu)，建立一定的溫度梯度，使得發(fā)動(dòng)機(jī)熱端換熱器的高溫和脈管制冷機(jī)冷端換熱器的低溫平緩過度到室溫，這樣可以十分有效的減少高溫端換熱器和低溫端換熱器直接和諧振管相連時(shí)造成冷熱氣體混合而產(chǎn)生的不可逆換熱損失。
[0027]熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與脈管制冷機(jī)直徑為諧振管10直徑的10?25倍，這樣可以十分有效的降低氣體在回?zé)崞髦械牧魉?，進(jìn)而降低氣體在回?zé)崞髦械淖枇p失，同時(shí)可以使得氣體與回?zé)崞鲀?nèi)填充物更加充分的換熱，以達(dá)到更好的熱聲熱聲轉(zhuǎn)換特性。
[0028]彈性膜為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)膜或者射流裝置；由于本發(fā)明的系統(tǒng)中加入了彈性模，可以抑制環(huán)路直流，因?yàn)橄到y(tǒng)由所述熱聲單元首尾相互連接形成環(huán)路，會(huì)在環(huán)路中形成直流，使得氣體在回?zé)崞骱蛽Q熱器處的換熱性能降低，增加彈性模后能夠有效的抑制直流，極大的提高系統(tǒng)熱聲性能和系統(tǒng)壓比。
[0029]第二主室溫端換熱器5還可由二個(gè)室溫端換熱器組成；所述脈管制冷機(jī)連接在諧振管10的任意位置處；脈管制冷機(jī)與熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)不僅可共用一個(gè)第二主室溫?fù)Q熱器5，還可以采用兩個(gè)室溫?fù)Q熱器分別進(jìn)行換熱，而將脈管制冷機(jī)接在諧振管的任意位置；因?yàn)槁暪υ诃h(huán)路中傳遞，可以在諧振管的任意位置對(duì)外輸出，這樣就可以根據(jù)冷量需求的位置進(jìn)行更為合理的布置；但是因?yàn)槁暪?huì)在諧振管10內(nèi)耗散，脈管制冷機(jī)裝配距離熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)過遠(yuǎn)會(huì)造成聲功的損耗，導(dǎo)致進(jìn)入脈管制冷機(jī)的聲功減少，所以優(yōu)先選擇的還是與發(fā)動(dòng)機(jī)共用一個(gè)室溫?fù)Q熱器的緊湊型結(jié)構(gòu)。
[0030]本發(fā)明的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為氦氣、氫氣，氮?dú)饣蚱浠旌?；因?yàn)楹赓Y源較為稀缺，在大規(guī)模應(yīng)用后能夠用更加廉價(jià)方便制取的工質(zhì)去替代。
[0031]對(duì)所述第一熱端換熱器3進(jìn)行加熱的熱源為太陽(yáng)能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源，能夠極大的節(jié)約能源并且提高能源利用率。
[0032]本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于:利用環(huán)路聲學(xué)共振原理實(shí)現(xiàn)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)，與傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)相比，完全消除了運(yùn)動(dòng)部件；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)環(huán)路中各個(gè)位置都可實(shí)現(xiàn)行波相位，提高了系統(tǒng)的工作效率，并且可以根據(jù)冷量的需求串聯(lián)多個(gè)熱聲單元實(shí)現(xiàn)天然氣液化所需的大冷量輸出；此外熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)熱端可利用太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱或天然氣燃燒廢熱等低品位能源作為其熱源，極大的提高了能源利用率，在天然氣的應(yīng)用方面有著良好的運(yùn)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為Yazaki等人提出的環(huán)形行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為Swift等人提出的帶諧振管的環(huán)形行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為DeBlock等人提出的環(huán)路行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為羅二倉(cāng)等人提出的雙作用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖7為本發(fā)明的環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0041]本發(fā)明取消了傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)慣性管和氣庫(kù)等調(diào)相機(jī)構(gòu)，對(duì)制冷機(jī)次室溫?fù)Q熱力流出的聲功進(jìn)行了回收，同時(shí)也解決了雙作用制冷系統(tǒng)中由于引入電機(jī)增加的不一致性問題；并且由熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)完全無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性；采用諧振管的聲學(xué)共振系統(tǒng)中各處均為行波相位，有利于系統(tǒng)效率的提升；本發(fā)明的系統(tǒng)還能夠根據(jù)冷量需求同時(shí)串聯(lián)多個(gè)熱聲單元，實(shí)現(xiàn)更大總制冷量的輸出；熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端還可以利用太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱或天然氣燃燒廢熱等低品位能源作為其熱源，極大的提高了能源利用率。環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)能夠提供大制冷量、高效率和高穩(wěn)定性，在天然氣的應(yīng)用方面有著良好的運(yùn)用前景。
[0042]實(shí)施例1:
[0043]圖5為本發(fā)明的一種聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)(實(shí)施例1)結(jié)構(gòu)不意圖；如圖5所示，依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與脈管制冷機(jī)以及相應(yīng)的諧振管構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)熱聲單元，本實(shí)施例1的環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)由3個(gè)這樣的熱聲單元首尾相連而成，每個(gè)熱聲單元首尾兩端的體積流率相位差為120°
[0044]每一熱聲單元均均由依次串接的第一主室溫端換熱器1、第一回?zé)崞?、熱端換熱器3、第一熱緩沖管4、第二主室溫端換熱器5、第二回?zé)崞?、冷端換熱器7、第二熱緩沖管8、第二次室溫端換熱器9以及諧振管10組成；
[0045]依次串接的第一主室溫端換熱器1、第一回?zé)崞?、熱端換熱器3、第一熱緩沖管4和第二主室溫端換熱器5構(gòu)成一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)；依次串接的第二主室溫端換熱器5、第二回?zé)崞?、冷端換熱器7、第二熱緩沖管8和第二次室溫端換熱器9構(gòu)成一個(gè)熱聲制冷機(jī)；熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲制冷機(jī)共用一個(gè)第二主室溫端換熱器5 ;熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲制冷機(jī)統(tǒng)稱為熱聲轉(zhuǎn)換部件；諧振管10為管徑小于熱聲裝換部件的空管段，即起到連接管的作用，連接相鄰兩個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換部件，又能起到耗散聲功相位調(diào)節(jié)的作用；
[0046]本實(shí)施例1中，每個(gè)熱聲單元首尾兩端的體積流率相位差為120° ;對(duì)熱端換熱器3加熱，通過水冷器對(duì)第一主室溫端換熱器1、第二主室溫?fù)Q熱器5以及第二次室溫端換熱器9進(jìn)行冷卻以使其維持在室溫范圍；當(dāng)熱端換熱器3與第一主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，整個(gè)系統(tǒng)起振；第一回?zé)崞?內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng)，將輸入熱端換熱器3的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，沿溫度梯度方向輸出，即沿著圖5中標(biāo)號(hào)I至標(biāo)號(hào)3的方向輸出，同時(shí)向第一主室溫端換熱器I放熱；在脈管制冷機(jī)中，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功由第二主室溫端換熱器5輸入，同樣在第二回?zé)崞?中發(fā)生熱聲轉(zhuǎn)換，將冷端換熱器7的熱量泵送至第二主室溫端換熱器5處輸出，使得冷端換熱器7溫度降低實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)；由第二次室溫?fù)Q熱器9流出的聲功在諧振管10中耗散，并進(jìn)行相位的調(diào)節(jié)，剩余的聲功通過諧振管10的連接進(jìn)入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收，這樣能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作效率，然后重復(fù)上一循環(huán)。
[0047]實(shí)施例2:
[0048]圖6為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)(實(shí)施例2)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與脈管制冷機(jī)以及相應(yīng)的諧振管構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)熱聲單元，本實(shí)施例2的環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)由4個(gè)這樣的熱聲單元首尾相連而成。
[0049]本實(shí)施例2中，每個(gè)熱聲單元首尾兩端的體積流率相位差為90°。將熱端換熱器3加熱，第一主室溫端換熱器1、第二主室溫?fù)Q熱器5以及第二次室溫端換熱器9都通入冷卻水維持在室溫范圍，當(dāng)熱端換熱器3與第一主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，系統(tǒng)起震；第一回?zé)崞?內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng)，將輸入熱端換熱器的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，沿溫度梯度方向輸出，即沿著1-3的方向輸出，同時(shí)向第一主室溫?fù)Q熱器放熱。在脈管制冷機(jī)中，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功由第二主室溫?fù)Q熱器5輸入，同樣在第二回?zé)崞?中發(fā)生熱聲轉(zhuǎn)換，將冷端換熱器7的熱量泵送至第二主室溫?fù)Q熱器5處輸出，使得冷端換熱器7溫度降低實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)。由第二次室溫?fù)Q熱器9流出的聲功在諧振管10中耗散，并進(jìn)行相位的調(diào)節(jié)，剩余的聲功通過諧振管10的連接進(jìn)入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收，這樣能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作效率，然后重復(fù)上一循環(huán)。
[0050]實(shí)施例3:
[0051]圖7為本發(fā)明的一種環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)(實(shí)施例3)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，依次串接的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與脈管制冷機(jī)以及相應(yīng)的諧振管構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)熱聲單元，本實(shí)施例3的環(huán)路聲學(xué)共振制冷系統(tǒng)由6個(gè)這樣的熱聲單元首尾相連而成。
[0052]本實(shí)施例3中，每個(gè)熱聲單元首尾兩端的體積流率相位差為60°。將熱端換熱器3加熱，第一主室溫端換熱器1、第二主室溫?fù)Q熱器5以及第二次室溫端換熱器9都通入冷卻水維持在室溫范圍，當(dāng)熱端換熱器3與第一主室溫端換熱器I之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，系統(tǒng)起震。第一回?zé)崞?內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng)，將輸入熱端換熱器的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，沿溫度梯度方向輸出，即沿著1-3的方向輸出，同時(shí)向第一主室溫?fù)Q熱器放熱。在脈管制冷機(jī)中，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功由第二主室溫?fù)Q熱器5輸入，同樣在第二回?zé)崞?中發(fā)生熱聲轉(zhuǎn)換，將冷端換熱器7的熱量泵送至第二主室溫?fù)Q熱器5處輸出，使得冷端換熱器7溫度降低實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)。由第二次室溫?fù)Q熱器9流出的聲功在諧振管10中耗散，并進(jìn)行相位的調(diào)節(jié)，剩余的聲功通過諧振管10的連接進(jìn)入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收，這樣能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作效率，然后重復(fù)上一循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其包括: N個(gè)彈性膜(11)和N個(gè)通過諧振管(10)首尾相連并形成環(huán)形回路的熱聲單元，其中N為3?10的正整數(shù)，每個(gè)熱聲單元兩端體積流率的相位差為360° /N ； 所述熱聲單元由依次串接的第一主室溫端換熱器(I)、第一回?zé)崞?2)、熱端換熱器(3)、第一熱緩沖管(4)、第二主室溫端換熱器(5)、第二回?zé)崞?6)、冷端換熱器(7)、第二熱緩沖管(8)和第二次室溫端換熱器(9)組成； 所述依次串接的第一主室溫端換熱器(I)、第一回?zé)崞?2)、熱端換熱器(3)、第一熱緩沖管(4)和第二主室溫端換熱器(5)構(gòu)成一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)； 所述依次串接的第二主室溫端換熱器(5)、第二回?zé)崞?6)、冷端換熱器(7)、第二熱緩沖管(8)和第二次室溫端換熱器(9)構(gòu)成一個(gè)脈管制冷機(jī)； 所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與脈管制冷機(jī)共用一個(gè)第二主室溫端換熱器(5); 所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與所述熱聲制冷機(jī)統(tǒng)稱為熱聲轉(zhuǎn)換部件；所述諧振管(10)為管徑小于所述熱聲裝換部件的空管段，所述諧振管(10)起到連接相鄰兩個(gè)熱聲轉(zhuǎn)換部件的連接及相位調(diào)節(jié)作用； 對(duì)熱端換熱器(3)進(jìn)行加熱；通過水冷器對(duì)第一主室溫端換熱器(I)、第二主室溫?fù)Q熱器(5)及第二次室溫端換熱器(9) 11進(jìn)行冷卻使分別維持在室溫范圍； 所述彈性膜(11)安裝在環(huán)形回路中對(duì)所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻的水冷器前的諧振管(10)上的任意位置處，以起到隔絕環(huán)形回路中的直流；當(dāng)熱端換熱器(3)與第一主室溫端換熱器(I)之間的溫度梯度達(dá)到臨界溫度后，整個(gè)聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)起振；一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的第一回?zé)崞?2)內(nèi)部工作氣體與回?zé)崞鞴腆w間發(fā)生熱聲效應(yīng),將輸入熱端換熱器(3 )的熱量轉(zhuǎn)化為聲功，并沿著由第一主室溫端換熱器(I)至熱端換熱器(3 )的溫度梯度方向輸出，同時(shí)向該熱聲單兀的第一主室溫?fù)Q熱器(I)放熱，熱量由冷卻器中的冷卻水帶走；在每一脈管制冷機(jī)中，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的聲功由第二主室溫?fù)Q熱器(5)輸入，同樣在第二回?zé)崞?6)中發(fā)生熱聲轉(zhuǎn)換，將冷端換熱器(7)的熱量泵送至第二主室溫?fù)Q熱器(5)處輸出，熱量由冷卻器中的冷卻水帶走，使得冷端換熱器(7)溫度降低以制冷；由第二次室溫?fù)Q熱器(9)流出的聲功在諧振管(10)中耗散，并對(duì)熱聲轉(zhuǎn)換部件的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，剩余的聲功通過諧振管(10)進(jìn)入下一熱聲單元中實(shí)現(xiàn)聲功的回收；如此循環(huán)，以使聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)正常制冷工作。
2.按權(quán)利要求書I所述的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與所述脈管制冷機(jī)的直徑為諧振管(10)直徑的10?25倍。
3.按權(quán)利要求書I所述的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性膜(11)為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)膜或者射流裝置。
4.按權(quán)利要求書I所述的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述第二主室溫端換熱器(5)由二個(gè)室溫端換熱器組成；所述脈管制冷機(jī)連接在諧振管(10)的任意位置處。
5.按權(quán)利要求書I所述的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為氦氣、氫氣，氮?dú)饣蚱浠旌稀?br> 6.按權(quán)利要求書I所述的聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)所述第一熱端換熱器(3 )進(jìn)行加熱的熱源為太陽(yáng)能熱源、高溫工業(yè)廢熱熱源或高溫工業(yè)煙氣熱源。
【文檔編號(hào)】F25B23/00GK103808063SQ201410051741
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】羅二倉(cāng), 童歡, 陳燕燕, 戴巍, 張麗敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所, 中科力函(深圳)熱聲技術(shù)有限公司