一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的製作方法
2023-09-18 23:19:10 2
專利名稱：一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明實施例涉及能源動力以及低溫製冷技術，尤其是涉及一種採用熱聲發動機驅動的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統。
背景技術：
聲波在氣體中傳播時，會使傳播介質氣體產生壓力、位移和溫度的波動。當該氣體與固定邊界相作用時，會引發聲波能量與熱能之間的轉換，這就是熱聲效應。熱聲系統就是利用熱聲效應原理設計的一種能量轉換系統，可以將熱能轉化為聲波能量，或者將聲波能量轉換成熱能，熱聲系統包括熱聲發動機和熱聲制冷機，其中，熱聲發動機主要包括行波熱聲發動機和斯特林發動機，熱聲制冷機主要包括行波熱聲制冷機、 脈衝管制冷機和斯特林制冷機。在上述熱聲系統中,熱聲發動機和制冷機,是以空氣、氦氣或氮氣等惰性氣體作為工作介質，具有高效、安全、使用壽命長的優點，因此獲得了人們的廣泛關注。目前採用熱聲發動機發電，以及採用熱聲制冷機實現低溫製冷已經取得成功。參考圖1，圖I為現有的行波熱聲製冷系統的結構示意圖。如圖I所示,該行波熱聲製冷系統包括三個基本單元,每個基本單元包括直線電機Ia和熱聲轉換裝置2a。直線電機Ia包括氣缸11a、活塞12a、活塞杆13a、電機外殼14a、靜子15a、動子16a和板簧17a。靜子15a與電機外殼14a的內壁固定連接，動子16a與靜子15a間隙配合，活塞杆13a與動子16a固定連接，活塞杆13a與板簧17a固定連接，直線電機Ia工作時，動子16a通過活塞杆13a帶動活塞12a在氣缸Ila內作直線往復運動。熱聲轉換裝置2a包括依次連通的主換熱器21a、回熱器22a和非常溫換熱器23a。主換熱器21a與一個直線電機Ia的氣缸內腔，即壓縮腔18a連通，非常溫換熱器23a與另一個直線電機Ia的氣缸內腔，即膨脹腔19a連通,各熱聲轉換裝置2a與各直線電機Ia順序相連，這樣，該熱聲制冷機就組成了一個工質流動的環路。該行波熱聲製冷系統工作時，接通直線電機Ia的電源，動子16a帶動活塞12a在氣缸Ila內往復運動，壓縮腔18a內的氣體工質體積改變，產生聲波能量進入主換熱器21a，通過回熱器22a，在回熱器內聲波能量被消耗掉大部分，產生製冷效應，使非常溫換熱器降溫，剩餘聲波能量再從非常溫換熱器23a出來，反饋給另一個直線電機Ia的膨脹腔19a，再傳遞給第二臺直線電機Ia的活塞12a。在進行本發明的研究過程中，發明人發現如下技術缺陷該行波熱聲製冷系統是通過直線電機Ia將電功轉換為聲功，再通過熱聲轉換裝置2a實現熱聲能量的轉換，產生製冷效應。然而，在電能缺乏而熱能豐富的地區，例如在太陽能比較充足而供電不便、電力匱乏的地區，現有的行波熱聲製冷系統的應用就會受到很大的限制，甚至無法應用。並且，在該行波熱聲製冷系統工作時，由於與回熱器22a連通的非常溫換熱器23a出來的氣體工質的溫度相對較低，反饋到膨脹腔19a的氣體工質的溫度較低，因此，氣缸Ila和活塞12a工作在溫度較低的環境下，對活塞12a的加工製造提出了很高的要求，因而會增加該行波熱聲製冷系統的生產製造成本，並且會減少直線電機Ia的使用壽命。
發明內容
本發明實施例提供了一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，用以解決現有技術中的缺陷，能夠實現用熱源作為驅動獲得製冷效應，提高行波熱聲製冷系統的應用範圍，並且降低生產成本，提高使用壽命。本發明提供了一種雙作用熱聲驅動行波製冷系統，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、非常溫換熱器、熱緩衝管和次換熱器；所述諧振裝置包括封閉的殼體，所述殼體中設置有往復運動的活動部件，所述活 動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔； 每個所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機的主換熱器和次換熱器分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的雙環路結構。本發明還提供了一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、第二換熱器、熱緩衝管和次換熱器；所述諧振裝置包括封閉的殼體，所述殼體中設置有往復運動的活動部件，所述活動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔；每個所述基本單元中的熱聲發動機的主換熱器或次換熱器與熱聲制冷機的次換熱器或主換熱器連通，每個所述基本單元中的熱聲發動機和熱聲制冷機的另外兩端分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的單環路結構。本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、非常溫換熱器、熱緩衝管和次換熱器；採用熱聲發動機驅動熱聲制冷機，通過加熱熱聲發動機的非常溫換熱器產生聲功，在熱聲發動機和熱聲制冷機內發生熱聲能量轉換，能夠實現輸入熱量就可產生製冷效應，與現有技術相比，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統能應用在熱能豐富而電能匱乏的區域，適用範圍更加廣泛。並且，由於熱聲發動機和熱聲制冷機具有熱緩衝管和次換熱器，使得反饋至另一個諧振裝置內的氣體工質的溫度接近於室溫，因而可以保證諧振裝置工作在室溫環境下，從而減少諧振裝置的生產製造成本，提高使用壽命。
圖I為現有的行波熱聲製冷系統的結構示意圖；圖2為本發明第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。圖3為本發明第二實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖；圖4為本發明第三實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖5為本發明第四實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖；圖6為本發明第五實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖；圖7為本發明第六實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖；圖8為本發明第七實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖；圖9為本發明第八實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。附圖標記I-熱聲發動機11-第一主換熱器12-第一回熱器13-第一非常溫換熱器 14-第一熱緩衝管、15-第一次換熱器2-熱聲制冷機 21-第二主換熱器22-第二回熱器23-第二非常溫換熱器24-第二熱緩衝管25-第二次換熱器 3_諧振裝置31-氣缸32-活塞33-膨脹腔331-第一膨脹腔332-第二膨脹腔 34-壓縮腔35-U型管36-U型液柱37-緩衝腔
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明提供了一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、非常溫換熱器、熱緩衝管和次換熱器；所述諧振裝置包括封閉的殼體，所述殼體中設置有往復運動的活動部件，所述活動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔；每個所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機的主換熱器和次換熱器分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的雙環路結構。本發明還提供了一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、第二換熱器、熱緩衝管和次換熱器；所述諧振裝置包括封閉的殼體，所述殼體中設置有往復運動的活動部件，所述活動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔；每個所述基本單元中的熱聲發動機的主換熱器或次換熱器與熱聲制冷機的次換熱器或主換熱器連通，每個所述基本單元中的熱聲發動機和熱聲制冷機的另外兩端分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的單環路結構。本發明提供的雙作用熱驅動熱聲製冷系統，採用熱聲發動機驅動熱聲制冷機，通過加熱熱聲發動機的非常溫換熱器產生聲功，在熱聲發動機和熱聲制冷機內發生熱聲能量轉換，能夠實現輸入熱量就可產生製冷效應，與現有技術相比，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統能應用在熱能豐富而電能匱乏的區域，適用範圍更加廣泛。並且，由於熱聲發動機和熱聲制冷機具有熱緩衝管和次換熱器，使得反饋至另一個諧振裝置內的氣體工質的溫度接近於室溫，因而可以保證諧振裝置工作在室溫環境下，從而減少諧振裝置的生產製造成本，提高使用壽命。在上述技術方案的基礎上，諧振裝置的設計形式可以有多種，諧振裝置具有兩個或多個內腔。熱聲發動機和熱聲制冷機中的主換熱器和次換熱器與諧振裝置的內腔的連接方式多樣，能夠形成路徑不同的多種環路結構。例如每個諧振裝置可以包括兩個內腔，兩個內腔按照其所連接的換熱器不同而分別記為壓縮腔和膨脹腔。實現兩個內腔的手段可以為諧振裝置採用圓桶狀的活塞和氣缸，兩個內腔形成在活塞的兩側。或者，氣缸和活塞的形狀為相互匹配的階梯結構；兩個內腔形成在活塞同側的不同階梯層處。再或者諧振裝置為U型管結構，U型管內具有U型液柱；兩個內腔形成在所述U型液柱的兩端。實現多個內腔的手段可以為諧振裝置採用形狀為相互匹配的活塞和氣缸，氣缸和活塞的階梯結構，內腔形成在活塞階梯側的各階梯層處以及活塞的平面側，其中，未連通的內腔具有氣體彈簧的作用，可以調節系統的工作頻率。內腔與換熱器的連接方式所形成的不同環路結構與氣體工質的工作相位相關，環路結構配合適當的基本單元的數量，可以提高工作效率。例如，可設置各內腔中活塞的工作表面平行且反向，對應基本單元的數量為三個或四個。或者，各內腔中活塞的工作表面平行且同向，對應基本單元的數量為四個、五個或六個。內腔的數量和位置、環路結構以及基本單元的數量等各種設計因素的結合可以獲得不同的具體實施方式
，為了使本領域的人員更好地理本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。參照圖2，圖2為本發明第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在本發明的第一實施例中，雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統包括三個基本單元，圖2中只標示出了圖中靠近下端的基本單元中的各個部件的標號，由於其他兩個基本單元的部件與該基本單元完全相同，為了簡化附圖，在圖2中沒有標示出其他相同的部件。每個基本單元包括熱聲發動機I、熱聲制冷機2和諧振裝置3。每個基本單元中，熱聲發動機I包括依次連通的第一主換熱器11、第一回熱器12、第一非常溫換熱器13、第一熱緩衝管14和第一次換熱器15。熱聲制冷機2包括依次連通的第二主換熱器21、第二回熱器22、第二非常溫換熱器23、第二熱緩衝管24和第二次換熱器25。諧振裝置3包括氣缸31，氣缸31中設置有往復運動的活塞32，活塞32與氣缸31之間微小間隙配合，配合間隙可以為0. 01-0. 1_，在本實施例中，每個諧振裝置3的氣缸31和活塞32的數量為一個，優選是各氣缸31中活塞32的工作表面相互平行且反向，這裡所述的活塞32的工作表面是指活塞32在運動時，能夠與氣缸31內的氣體工質直接發生作用的表面。活塞32將氣缸31的氣缸分成膨脹腔33和壓縮腔34。具體地，在本實施例中，在每個基本單元中，熱聲發動機I的第一次換熱器15與諧振裝置3的膨脹腔33連通，熱聲制冷機2的第二次換熱器25和諧振裝置3的壓縮腔34 —同與另一個基本單元中的熱聲制冷機2的第二主換熱器21連通。可以看出，熱聲發動機I、和諧振裝置3組成外環路結構，熱聲制冷機2組成的內環路結構，進而形成聲功傳播的雙環路結構。首先需要說明的是，熱聲發動機I和熱聲制冷機2兩端的體積流相位差在90度至150度的範圍內時，熱聲發動機I和熱聲制冷機2的熱聲轉換效率較高。下面具體說明本實施提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的聲功傳播路徑由於熱聲發動機I的第一主換熱器11 一端的體積流與第一次換熱器15 —端的體積流相位差為120度，使得熱聲發動機I能夠獲得較高的熱聲轉換效率。 同時，由於相位差是120度，使得熱聲發動機I和諧振裝置3組成的外環路中，熱聲發動機I中的聲功從第一回熱器12向第一熱緩衝管14方向流動。同樣，在熱聲制冷機2組成的內環路中，熱聲制冷機2的第二主換熱器21 —端的體積流領先於第二次換熱器25一端的體積流，所以熱聲制冷機2中的聲功也是從第二回熱器22向第二熱緩衝管24方向流動。下面具體說明本實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的工作過程首先，加熱熱聲發動機I的第一非常溫換熱器13，當第一非常溫換熱器13的溫度達到臨界值後，聲功由第一主換熱器11進入第一回熱器12，聲波吸收熱量後聲功被放大，通過第一熱緩衝管14和第一次換熱器15進入諧振裝置3的膨脹腔33，進而推動活塞32運動，活塞32將聲功傳遞給壓縮腔34，聲功然後分成兩部分，一部分聲功進入另一個基本單元中的熱聲發動機I的第一主換熱器11，另一部分聲功進入另一個基本單元中的熱聲制冷機2的第二主換熱器21。進入熱聲制冷機2內聲功在第二回熱器22內絕大部分被消耗掉，同時產生製冷效應，使熱聲制冷機2的第二非常溫換熱器23的溫度降低，剩餘的聲功穿過熱聲制冷機2的第二熱緩衝管24和第二次換熱器25反饋給下一基本單元中的熱聲制冷機2。通過上述表述可以看出，在本實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統通過加熱熱聲發動機I的第一非常溫換熱器23產生聲功,在熱聲發動機I和熱聲制冷機2內發生熱聲能量轉換，能夠實現輸入熱量就可產生製冷效應，與現有技術相比，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統能應用在熱能豐富而電能匱乏的區域，適用範圍更加廣泛。並且，由於熱聲發動機I具有第一熱緩衝管14和第一次換熱器15,通過第一熱緩衝管14和第一次換熱器15對氣體工質的降溫冷卻作用，使得進入到膨脹腔33內氣體工質接近於室溫，因此，活塞32可以工作在室溫環境下，進而降低了諧振裝置3的活塞32加工難度，減少了加工製造成本，同時提高了使用壽命。需要說明的是，為了配合氣體工質相位關係以達到最高工作效率，當基本單元的數量均為三個時，優選要保證活塞32的一個工作表面與其他的工作表面反向。也就是說每個諧振裝置3中，必須保證壓縮腔34處於被壓縮狀態時，膨脹腔33處於膨脹狀態。優選設置基本單元的數量為三個或四個。參考圖3，圖3為本發明第二實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第二實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，在本實施例中，在每個基本單元中，熱聲發動機I的第一次換熱器15與諧振裝置3的膨脹腔33連通，熱聲制冷機2的第二主換熱器21與同一基本單兀中的熱聲發動機I的第一主換熱器21連通,熱聲制冷機2的第二次換熱器25與另一個基本單元中的熱聲制冷機2的第二主換熱器21連通。可以看出，熱聲發動機I和諧振裝置3組成外環路，熱聲制冷機2組成的內環路，進而形成聲功傳播的雙環路結構。與第一實施例相比本實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，進入諧振裝置3的聲功減少，可以減少活塞32的掃氣量，增大活塞32的使用壽命。同樣，本實施例中，基本單元的數量優選為三個或四個。需要說明的是，當基本單元的數量為四個時，活塞32的工作表面的方向可以相同也可以相反，也就是說，諧振裝置3中壓縮腔34被壓縮時，膨脹腔33可以同時被壓縮或被膨脹。理由是，如果壓縮腔34被壓縮時，膨脹腔33也被壓縮，熱聲制冷機2兩端的體積流相位差是90度。如果壓縮腔34被壓縮時，膨脹腔33也被壓縮，熱聲制冷機2兩端的體積流相位差也是90度，也就是說無論如何布置壓縮腔34和膨脹腔33，熱聲制冷機2兩端的體積流相位差都是90度，雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的工作性能相同。 顯然，本實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統也具有上述第一種實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的技術效果，在此不再贅述。參考圖4，圖4為本發明第三實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第三實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，在本實施例中，雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統具有四個基本單元，諧振裝置3包括U型管35和其內部的U型液柱36，膨脹腔33和壓縮腔34位於U型管35的兩端。本實施例中的諧振裝置3採用U型管35和U型液柱36形成膨脹腔33和壓縮腔34，該諧振裝置3還可以應用於本發明其他實施例中具有一個膨脹腔33和一個壓縮腔34的結構中。參考圖5，圖5為本發明第四實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第四實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例和第二實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，諧振裝置3的氣缸31和活塞22的形狀為相互匹配的二級階梯結構，諧振裝置3的內腔包括壓縮腔34、第一膨脹腔331和第二膨脹腔332。壓縮腔34為活塞32的平面側與氣缸31形成的密封腔，一個基本單元中的壓縮腔34與另一個基本單兀中熱聲發動機I和熱聲制冷機2的第一主換熱器11和第二主換熱器21連通。第一膨脹腔331為氣缸31和活塞32的階梯側的第一階梯層處形成的密封腔，在每個基本單元中，第一膨脹腔331與同一基本單元中熱聲制冷機2的第二次換熱器25連通，形成內環路結構。第二膨脹腔332為氣缸31和活塞32的第二階梯側形成的密封腔，在每個基本單元中，第二膨脹腔332與同一基本單元中熱聲發動機I的的第一次換熱器15連通，形成外環路結構。顯然，本實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統也具有上述第一種實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的技術效果，在此不再贅述。參考圖6，圖6為本發明第五實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第五實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例和第二實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，基本單元的數量為四個，諧振裝置3的氣缸31和活塞32的形狀為相互匹配的三級階梯結構，諧振裝置3的內腔包括壓縮腔34、第一膨脹腔331、第二膨脹腔332和緩衝腔37。 壓縮腔34為氣缸31和活塞32的階梯側的第一階梯層處形成的密封腔，一個基本單兀中的壓縮腔34與另一個基本單兀中熱聲發動機I和熱聲制冷機2的第一主換熱器11和第二主換熱器21連通。第一膨脹腔331為氣缸31和活塞32的階梯側的第二階梯層處形成的密封腔，在每個基本單元中，第一膨脹腔331與同一基本單元中熱聲制冷機2的第二次換熱器25連通，形成內環路結構。第二膨脹腔332為氣缸31和活塞32的第三階梯側形成的密封腔，在每個基本單元中，第二膨脹腔332與同一基本單元中熱聲發動機I的的第一次換熱器15連通，形成外環路結構。緩衝腔37為的活塞32平面側與氣缸31形成的密封腔，緩衝腔37具有氣體彈簧的作用，可以調節雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的工作頻率，使其具有更好的工作性能。顯然，本實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統也具有上述第一種實施例中的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的技術效果，在此不再贅述。參考圖7，圖7為本發明第六實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第六實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，每個基本單元中，熱聲發動機I的第一次換熱器15與諧振裝置3的膨脹腔33連通，熱聲發動機I的第一主換熱器11與同一基本單元中的熱聲制冷機2的第二次換熱器25連通，並且熱聲制冷機2的第二主換熱器21與另一基本單元的諧振裝置3的壓縮腔34連通，進而形成聲功傳播的單環路結構。參考圖8，圖8為本發明第七實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第七實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，每個基本單元中，熱聲制冷機2的第二次換熱器25與諧振裝置3的膨脹腔33連通，熱聲制冷機2的第二主換熱器21與同一基本單兀中的熱聲發動機I的第一次換熱器15連通,並且熱聲發動機I的第一主換熱器11與另一基本單元的諧振裝置3的壓縮腔34連通，進而形成聲功傳播的單環路結構。參考圖9，圖9為本發明第八實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的結構示意圖。在第八實施例中，本發明提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統與第一實施例提供的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統結構基本相同，區別點在於，基本單元的數量為五個，諧振裝置3的氣缸31和活塞32的形狀為相互匹配的二級階梯結構，諧振裝置3的內腔包括壓縮腔34、膨脹腔33和緩衝腔37。壓縮腔34為氣缸31和活塞32的階梯側的第一階梯層處形成的密封腔，膨脹腔33為氣缸31和活塞32的階梯側的第二階梯層處形成的密封腔。緩衝腔37為的活塞32平面側與氣缸31形成的密封腔，緩衝腔37具有氣體彈簧的作用，可以調節雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統的工作頻率，使其具有更好的工作性能。在本實施例中，每個基本單元中，熱聲發動機I的第一次換熱器15與諧振裝置3的膨脹腔33連通,熱聲發動機I的第一主換熱器11與同一基本單兀中的熱聲制冷機2的第二次換熱器25連通，並且熱聲制冷機2的第二主換熱器21與另一基本單元的諧振裝置 3的壓縮腔34連通，進而形成聲功傳播的單環路結構。需要說明的是，當基本單元的數量為五個或者大於五個時，優選活塞32的工作表面的方向相同，也就是說，壓縮腔34和膨脹腔33必須同時被壓縮或同時被膨脹，如果一個被壓縮另一個被膨脹，就會降低熱聲制冷機I和熱聲發動機2的熱聲能量的轉換效率。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、非常溫換熱器、熱緩衝管和次換熱器； 所述諧振裝置包括封閉的殼體，所述殼體中設置有往復運動的活動部件，所述活動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔； 每個所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機的主換熱器和次換熱器分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的雙環路結構。
2.根據權利要求I所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷 系統，其特徵在於所述殼體和所述運動部件為圓筒形結構的氣缸和圓柱體結構的活塞，所述內腔的數量為兩個，所述內腔形成在所述活塞的兩側。
3.根據權利要求I所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於所述殼體為U型管結構，所述活動部件為所述殼體內的U型液柱；所述內腔的數量為兩個，所述內腔形成在所述U型液柱的兩端。
4.根據權利要求I所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於所述殼體和所述活動部件具體為形狀相互匹配的階梯結構的氣缸和活塞；所述內腔形成在所述活塞階梯側的各階梯層處以及所述活塞的平面側。
5.根據權利要求4所述的熱聲製冷系統，其特徵在於所述階梯結構為二級階梯結構或三級階梯結構。
6.一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於，具有至少三個基本單元，每個所述基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，所述熱聲發動機和所述熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、第二換熱器、熱緩衝管和次換熱器； 所述諧振裝置包括封閉的殼體，所述殼體中設置有往復運動的活動部件，所述活動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔； 每個所述基本單元中的熱聲發動機的主換熱器或次換熱器與熱聲制冷機的次換熱器或主換熱器連通，每個所述基本單元中的熱聲發動機和熱聲制冷機的另外兩端分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的單環路結構。
7.根據權利要求6所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於所述殼體和所述運動部件為圓筒形結構的氣缸和圓柱體結構的活塞，所述內腔的數量為兩個，所述內腔形成在所述活塞的兩側。
8.根據權利要求6所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於所述殼體為U型管結構，所述活動部件為所述殼體內的U型液柱；所述內腔的數量為兩個，所述內腔形成在所述U型液柱的兩端。
9.根據權利要求6所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於所述殼體和所述活動部件為形狀相互匹配的階梯結構的氣缸和活塞；所述內腔形成在所述活塞階梯側的各階梯層處以及所述活塞的平面側。
10.根據權利要求9所述的雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，其特徵在於所述階梯結構為二級階梯結構或三級階梯結構。
全文摘要
本發明公開了一種雙作用熱驅動行波熱聲製冷系統，具有至少三個基本單元，每個基本單元包括熱聲發動機、熱聲制冷機和諧振裝置，熱聲發動機和熱聲制冷機包括依次連通的主換熱器、回熱器、非常溫換熱器、熱緩衝管和次換熱器；諧振裝置包括封閉的殼體，殼體中設置有往復運動的活動部件，活動部件將所述殼體分隔出至少兩個內腔；每個熱聲發動機和熱聲制冷機的主換熱器和次換熱器分別與不同殼體的內腔連通，形成氣體工質流動的雙環路結構。通過加熱熱聲發動機的非常溫換熱器產生聲功，在熱聲發動機和熱聲制冷機內發生熱聲能量轉換，能夠實現輸入熱量就可產生製冷效應，該系統能應用在熱能豐富而電能匱乏的區域，適用範圍更加廣泛。
文檔編號F25B9/00GK102734975SQ20111010395
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年4月1日
發明者餘國瑤, 吳張華, 李海冰, 羅二倉, 胡劍英 申請人:中科力函(深圳)熱聲技術有限公司