一種環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其由N個(gè)熱聲單元和諧振管組成，N=3～10正整數(shù)；每個(gè)熱聲單元由并聯(lián)的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元和熱聲制冷單元組成；N個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元通過諧振管首尾串聯(lián)形成環(huán)路；熱聲制冷單元的制冷調(diào)相管接于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元的主換熱器入口前，熱聲制冷單元的制冷次換熱器接于熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元的次換熱器出口之后；系統(tǒng)工作時(shí)，加熱器被加熱，發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞魈幮纬蓽囟炔?，系統(tǒng)中產(chǎn)生往復(fù)振蕩壓力波動(dòng)，壓力波動(dòng)作用在制冷回?zé)崞鳟a(chǎn)生制冷效應(yīng)使熱量從低溫端換熱器泵送至主換熱器；系統(tǒng)內(nèi)無任何運(yùn)動(dòng)部件，且發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞骱椭评浠責(zé)崞魈幭辔痪鶠樾胁ㄏ辔唬矢?，可在低溫下獲得千瓦、兆瓦甚至更高的冷量。
【專利說明】一種環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源動(dòng)力以及低溫制冷【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一定聲場(chǎng)條件下，通過在狹窄流道中來回振蕩的可壓縮氣體與周圍固體介質(zhì)之間的熱交換，可實(shí)現(xiàn)聲波主要傳輸方向上功的放大效應(yīng)或泵熱效應(yīng)，即熱聲效應(yīng)。熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)就是利用熱聲效應(yīng)將外界高溫?zé)嵩摧斎氲臒崃哭D(zhuǎn)換成聲能的裝置。而熱聲制冷機(jī)則是利用熱聲效應(yīng)通過外界產(chǎn)生的壓力波動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱量從低溫向高溫的輸運(yùn)。熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)，即用熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)來驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)從熱量到冷量的轉(zhuǎn)換達(dá)到制冷作用。
[0003]1990年，Radebaugh和Swift等人用一臺(tái)駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)成功驅(qū)動(dòng)一臺(tái)小孔氣庫型脈管制冷機(jī)獲得了 90K的低溫，這是世界上第一臺(tái)完全無運(yùn)動(dòng)部件的熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)。但是駐波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)由于其內(nèi)在不可逆性，效率較低。1999年，Backhaus和Swift研制了一種帶諧振管的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)。2007年，胡劍英等人采用行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩級(jí)脈管制冷機(jī)獲得了 18.7K的低溫。行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的效率明顯提高，但是其所帶諧振管的體積很大，使得整個(gè)系統(tǒng)的功率密度很低。而且脈管制冷機(jī)采用小孔氣庫或者慣性管氣庫調(diào)相，損失較大。
[0004]1995年，肖家華提出過一種無運(yùn)動(dòng)部件的熱聲制冷機(jī)(申請(qǐng)?zhí)?95105965.3)，如圖1所示。上部分是熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，由發(fā)動(dòng)機(jī)換熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?、加熱器6和發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7組成。下部分是熱聲制冷機(jī)，由制冷機(jī)主換熱器10、制冷機(jī)回?zé)崞?1、低溫端換熱器12和制冷機(jī)熱緩沖管13組成。熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)與熱聲制冷機(jī)串聯(lián)成環(huán)路。加熱器6從外界高溫?zé)嵩次諢崃亢?，在發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?中實(shí)現(xiàn)熱聲轉(zhuǎn)換，熱能轉(zhuǎn)化成聲能，聲波經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7后進(jìn)入熱聲制冷機(jī)，制冷機(jī)回?zé)崞?1消耗聲功使得熱量從低溫端換熱器12向處在環(huán)境溫度的制冷機(jī)主換熱器10泵送，實(shí)現(xiàn)制冷。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?和制冷機(jī)回?zé)崞?1工作在合適的聲場(chǎng)，該系統(tǒng)需要配備多個(gè)調(diào)節(jié)閥17。這種無運(yùn)動(dòng)部件的熱聲制冷機(jī)，具有無運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。但是，控制系統(tǒng)內(nèi)的聲場(chǎng)較為復(fù)雜，且該系統(tǒng)能提供的冷量有限，目前未見其實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道。
[0005]2008年，李青等人在Swift研制的帶諧振管行波熱聲機(jī)基礎(chǔ)上提出了一種行駐波聲場(chǎng)的熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)裝置(申請(qǐng)?zhí)?200810104592.6)，如圖2所示。該裝置包括依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)換熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?、加熱器6、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7、制冷機(jī)主換熱器10、制冷機(jī)回?zé)崞?1和低溫端換熱器12。低溫端換熱器12與發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?之間由反饋管組成環(huán)路，與反饋管相連通的還有另一支路上的諧振管3。該裝置也是利用發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?處的熱聲效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)化成聲能，進(jìn)入制冷機(jī)回?zé)崞?1消耗聲功使熱量從低溫端換熱器12泵送至制冷機(jī)主換熱器10，達(dá)到制冷作用。該裝置與圖1所示裝置的不同之處在于，環(huán)路中的聲場(chǎng)通過環(huán)路中反饋管和支路上諧振管3來調(diào)節(jié)，聲場(chǎng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單。但是，與行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，該制冷系統(tǒng)所帶的諧振管體積較大，整機(jī)的功率密度難以提高。
[0006]2011年，羅二倉等人提出了一種雙作用熱驅(qū)動(dòng)行波熱聲制冷系統(tǒng)，如圖3所示。該系統(tǒng)包括至少三個(gè)基本單元，每個(gè)基本單元包括熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)、熱聲制冷機(jī)和諧振裝置。熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)包括依次連通的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?、加熱器6、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7和發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器8。熱聲制冷機(jī)包括依次連通的制冷機(jī)主換熱器10、制冷機(jī)回?zé)崞?1、低溫端換熱器12、制冷機(jī)熱緩沖管13和制冷機(jī)次換熱器14。諧振裝置包括封閉的殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)部件，活動(dòng)部件將殼體分割成至少兩個(gè)內(nèi)腔。每個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和熱聲制冷機(jī)的主換熱器和次換熱器分別與不同的殼體內(nèi)腔連通，形成氣體工質(zhì)流動(dòng)的雙環(huán)路結(jié)構(gòu)。加熱器6吸收外界高溫?zé)嵩吹臒崃浚诎l(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?產(chǎn)生聲功，聲功進(jìn)入制冷機(jī)回?zé)崞?1實(shí)現(xiàn)制冷效應(yīng)。該熱聲系統(tǒng)可以通過多單元結(jié)構(gòu)獲得大功率的冷量，且結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高。其不足之處在于，系統(tǒng)中的諧振裝置為機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)或者液體活塞結(jié)構(gòu)，有損系統(tǒng)的壽命和可靠性。另外，多個(gè)單元中諧振裝置的不一致性對(duì)系統(tǒng)性能的不利影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無運(yùn)動(dòng)部件，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元和熱聲制冷單元的回?zé)崞骶ぷ髟谛胁ㄏ辔?，整機(jī)效率高。采用多個(gè)熱聲單元結(jié)構(gòu)，有利于在低溫下獲得大功率的冷量，可用于天然氣液化等。改變換熱器的工作溫區(qū)，可以作為高溫?zé)岜檬褂茫糜谑烷_采等。本發(fā)明提供的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]本發(fā)明提供的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其由N個(gè)熱聲單元和N個(gè)諧振管3組成，所述N=3?10的正整數(shù)；所述N個(gè)熱聲單元中的每個(gè)熱聲單元均由并聯(lián)的一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I和一個(gè)熱聲制冷單元2組成；
[0010]每個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I均包括依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?、加熱器6、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7和發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器8 ;每個(gè)熱聲制冷單元2均包括依次相連的制冷調(diào)相管9、制冷主換熱器10、制冷回?zé)崞?1、低溫端換熱器12、制冷熱緩沖管13和制冷次換熱器14 ;所述N個(gè)熱聲單元的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I通過諧振管3首尾串聯(lián)形成一環(huán)形回路；每一熱聲制冷單元2的制冷調(diào)相管9連接于該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4入口之前，每一熱聲制冷單元2的制冷次換熱器14連接于該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器8出口之后。
[0011]所述N個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元的每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I還包括用于抑制環(huán)路直流的第一阻力兀件15 ;所述第一阻力兀件15裝于每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單兀I的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4 A口與諧振管3的連接處；所述N個(gè)熱聲制冷單元的每一熱聲制冷單元2還包括用于抑制環(huán)流的第二阻力元件16，所述第二阻力元件16裝于制冷主換熱器10與制冷調(diào)相管9之間，所述第一阻力元件15和第二阻力元件16為彈性隔膜元件或者非對(duì)稱水力元件。
[0012]所述的第一環(huán)路直流阻力元件15安裝在制冷換熱器10之前方。
[0013]所述每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7直徑為發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?直徑的0.75-1.25倍；所述熱聲制冷單元2的制冷熱緩沖管13直徑為制冷回?zé)崞?1直徑的0.75-1.25 倍。
[0014]為較好的控制發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?中的流速以減小損失，所述發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?截面面積與諧振管3截面面積之比為10?25 ;制冷回?zé)崞?1截面面積與制冷調(diào)相管9截面面積之比為5?25。
[0015]所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7和熱聲制冷單元2的發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7均冷端垂直向下布置，以降低其中的熱自然對(duì)流損失。
[0016]本發(fā)明的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)中所使用的工質(zhì)為氦氣、氬氣、氫氣、氮?dú)?、二氧化碳或者它們的混合物氣體。
[0017]所述加熱器6為天然氣加熱器、乙炔加熱器、煤加熱器、石油加熱器、太陽能加熱器、生物質(zhì)能加熱器、工熱余熱加熱器或高溫工業(yè)煙氣加熱器；以有利于節(jié)約能源并提高能源利用率。
[0018]所述環(huán)形回路中的熱聲單元優(yōu)選布置3-10個(gè)；并以6個(gè)為最優(yōu)選，其次為4、9、8、3個(gè)，再其次為其它個(gè)數(shù)。
[0019]本發(fā)明的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于:可以解決現(xiàn)有熱聲制冷系統(tǒng)中的缺陷，即由熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元和熱聲制冷單元以及諧振管組成；熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元和熱聲制冷機(jī)單元并聯(lián)連接，多個(gè)熱聲單元通過諧振管串聯(lián)成環(huán)路結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)中采用諧振管和熱聲制冷單元中的一段調(diào)相管進(jìn)行調(diào)相，聲場(chǎng)調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；相比Swift提出的行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中的諧振管而言，本發(fā)明中的諧振管和調(diào)相管直徑大大減??；而且諧振管和調(diào)相管本身又可作為連接各部件的連接管，經(jīng)過合理的空間布置后，整機(jī)的結(jié)構(gòu)很緊湊；本發(fā)明同時(shí)還具有雙作用熱聲制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可以串聯(lián)多個(gè)熱聲單元，獲得大功率的冷量；系統(tǒng)中無運(yùn)動(dòng)部件，且各單元間的耦合作用相比雙作用熱聲制冷系統(tǒng)大大減小，易于設(shè)計(jì)和調(diào)試，更有利于在實(shí)際系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為現(xiàn)有技術(shù)熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為現(xiàn)有技術(shù)熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)實(shí)施例中單個(gè)熱聲單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明；但實(shí)施例只是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例；基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]圖4為本發(fā)明的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)該實(shí)施例中的單個(gè)熱聲單元的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4和5所示，本實(shí)施例1的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其由3個(gè)熱聲單元和3個(gè)諧振管3組成；3個(gè)熱聲單元中的每個(gè)熱聲單元均由并聯(lián)的一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I和一個(gè)熱聲制冷單元2組成；
[0028]每個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I均包括依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?、加熱器6、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7和發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器8 ;每個(gè)熱聲制冷單元2均包括依次相連的制冷調(diào)相管9、制冷主換熱器10、制冷回?zé)崞?1、低溫端換熱器12、制冷熱緩沖管13和制冷次換熱器14 ；3個(gè)熱聲單元的3個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I通過諧振管3首尾串聯(lián)形成一環(huán)形回路；每一熱聲制冷單元2的制冷調(diào)相管9連接于該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4入口之前，每一熱聲制冷單元2的制冷次換熱器14連接于該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器8出口之后。
[0029]本發(fā)明系統(tǒng)使用的工質(zhì)為氦氣、IS氣、氫氣、氮?dú)?、二氧化碳或者它們的混合物氣體；
[0030]該環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)工作時(shí)，加熱器6從外界高溫?zé)嵩次諢崃?，發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?中實(shí)現(xiàn)熱能到聲能的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的聲功大部分被熱聲制冷單元利用，少部分消耗在諧振管3中；進(jìn)入熱聲制冷單元2的聲功在制冷回?zé)崞?1中產(chǎn)生熱聲效應(yīng)，熱量從低溫端換熱器12泵送至制冷主換熱器10，實(shí)現(xiàn)制冷作用；對(duì)加熱器6進(jìn)行加熱的熱源可以采用天然氣、乙炔等可燃?xì)怏w或煤、石油等燃料，也可采用太陽能、生物質(zhì)能、工熱余熱或高溫工業(yè)煙氣等，有利于節(jié)約能源并提高能源利用率。
[0031]調(diào)相管9和諧振管3的作用是調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)聲場(chǎng)分布，使發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?和制冷回?zé)崞?1處在行波聲場(chǎng)，提高制冷性能；發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?截面面積與諧振管3截面的面積之t匕、制冷回?zé)崞?1截面面積與調(diào)相管9截面面積之比、諧振管3長(zhǎng)度和調(diào)相管9長(zhǎng)度是調(diào)節(jié)聲場(chǎng)的重要參數(shù)；為較好的控制發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?中的流速以減小損失，發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?截面面積與諧振管3截面面積之比在10-25之間；制冷回?zé)崞?1截面面積與制冷調(diào)相管9截面面積之比在5-25之間；為使熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I與熱聲制冷單元2相匹配，使系統(tǒng)效率較高，發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?截面面積與制冷回?zé)崞?1截面面積相當(dāng)；
[0032]由于本發(fā)明系統(tǒng)中存在環(huán)路結(jié)構(gòu)，環(huán)路中存在的直流可能惡化系統(tǒng)的性能；可以采用阻力元件來抑制直流，阻力元件為彈性隔膜元件或者非對(duì)稱水力元件；為此每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I還可包括用于抑制環(huán)路直流的第一阻力元件15 ;該第一阻力元件15裝于每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4入口與諧振管3的連接處；每一熱聲制冷單元2還可以包括用于抑制環(huán)流的第二阻力元件16，該第二阻力元件16裝于制冷主換熱器10與制冷調(diào)相管9之間，所述第一阻力元件15和第二阻力元件16為彈性隔膜元件或者非對(duì)稱水力元件；阻力元件可以根據(jù)需要安裝一對(duì)或多對(duì)。
[0033]環(huán)形回路中的熱聲單元I理論上可以布置一個(gè)或多個(gè)；為了使系統(tǒng)效率較高，我們推薦布置3-10個(gè)(即N個(gè)熱聲單元，N=3?10的正整數(shù))，優(yōu)選6個(gè)，其次為4、9、8、3個(gè)，再次為其它個(gè)數(shù)。
[0034]由于重力的存在，若發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7和制冷熱緩沖管13不是冷端垂直向下布置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱自然對(duì)流影響系統(tǒng)性能；熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I與熱聲制冷單元2優(yōu)選與重力方向平行布置，且熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元I的熱緩沖管7和熱聲制冷單元2的制冷熱緩沖管13均應(yīng)熱端在上、冷端在下布置；若因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中布置的需要，可以允許發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管7的布置方向與重力方向成任意角度，但制冷機(jī)則不允許冷頭朝上布置。[0035]此外，改變系統(tǒng)內(nèi)換熱器的工作溫區(qū)，該結(jié)構(gòu)還可作為熱驅(qū)動(dòng)熱泵系統(tǒng)；比如，使低溫端換熱器12工作于環(huán)境溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器4、發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器8、制冷主換熱器10和制冷主換熱器14工作在所需的泵熱溫度(比如80°C、100°C、15(TC或其它溫度)，僅需加熱器6從外界高溫吸收熱量，即可實(shí)現(xiàn)熱量從環(huán)境溫度泵送至所需泵熱溫度，制熱系數(shù)可達(dá)1.5甚至更高。
[0036]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其由N個(gè)熱聲單元和N個(gè)諧振管(3)組成，所述N=3?10的正整數(shù)；所述N個(gè)熱聲單元中的每個(gè)熱聲單元均由并聯(lián)的一個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)和一個(gè)熱聲制冷單元(2)組成； 每個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)均包括依次相連的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器(4)、發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?5)、加熱器(6)、發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(7)和發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器(8);每個(gè)熱聲制冷單元(2)均包括依次相連的制冷調(diào)相管(9)、制冷主換熱器(10)、制冷回?zé)崞?11)、低溫端換熱器(12)、制冷熱緩沖管(13)和制冷次換熱器(14);所述N個(gè)熱聲單元的熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)通過諧振管(3)首尾串聯(lián)形成一環(huán)形回路；每一熱聲制冷單元(2)的制冷調(diào)相管(9)連接于該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器(4)入口之前，每一熱聲制冷單元(2)的制冷次換熱器(14)連接于該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)次換熱器(8)出口之后。
2.按權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述N個(gè)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元的每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)還包括用于抑制環(huán)路直流的第一阻力元件(15)；所述第一阻力元件(15)裝于每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)主換熱器(4)入口與諧振管3的連接處；所述N個(gè)熱聲制冷單元的每一熱聲制冷單元(2)還包括用于抑制環(huán)流的第二阻力元件(16)，所述第二阻力元件(16)裝于制冷主換熱器(10)與制冷調(diào)相管(9)之間，所述第一阻力元件(15)和第二阻力元件(16)為彈性隔膜元件或者非對(duì)稱水力元件。
3.按權(quán)利要求2所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一環(huán)路直流阻力元件(15 )安裝在制冷換熱器(10 )之前方。
4.按權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述每一熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(7)直徑為發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?5)的直徑的0.75-1.25倍；所述熱聲制冷單元(2)的制冷熱緩沖管(13)直徑為制冷回?zé)崞?11)直徑的0.75-1.25倍。
5.按權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)回?zé)崞?5)截面面積與諧振管(3)截面面積之比在10?25 ;制冷回?zé)崞?11)截面面積與制冷調(diào)相管(9)截面面積之比在5?25。
6.按權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)單元(I)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(7)和熱聲制冷單元(2)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱緩沖管(7)均冷端垂直向下布置，以降低其中的熱自然對(duì)流損失。
7.按權(quán)利要求1所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)中使用的工質(zhì)為氦氣、氬氣、氫氣、氮?dú)狻⒍趸蓟蛘咚鼈兊幕旌衔餁怏w。
8.按權(quán)利要求8所述的環(huán)形聲學(xué)共振型熱驅(qū)動(dòng)熱聲制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器(6)為天然氣加熱器、乙炔加熱器、煤加熱器、石油加熱器、太陽能加熱器、生物質(zhì)能加熱器、工熱余熱加熱器或高溫工業(yè)煙氣加熱器。
【文檔編號(hào)】F25B23/00GK103808064SQ201410051742
【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, 張麗敏, 戴巍, 李海冰, 胡劍英 申請(qǐng)人:中國科學(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