基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置的製作方法
2023-12-02 19:38:46
專利名稱：基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置。
背景技術：
對熱聲製冷裝置而言，板疊是其核心部件，熱聲製冷效應就發生在板疊當中。在板疊的 冷熱端分別放置高低溫換熱器，用來進行熱交換。聲波發生器主要功能是維持共振腔中的駐 波。在聲波作用下，氣體在板疊中振蕩，周期性的壓縮和膨脹。在聲波的壓縮和膨脹作用下， 一個沿板疊軸向的平均溫度梯度形成，.同時假設氣體為非粘性理想氣體，對進行聲振動的介 質，若在其最稠密的時候向其提供能量，而在其稀疏時從其中吸取能量，聲振動就會得到加 強(熱能轉變為聲能)。反之，若在最稠密的時候從中吸取能量，而在最稀疏時向其提供能量, 聲振動就會得到衰減(聲能轉變為熱能)。換熱器是熱聲機械中效率的最大制約因素，福特公 司的Mozurkewich對熱聲效應中橫向熱交換進行了模擬研究，另外，還對板疊中的溫度分布 進行了模擬計算，為熱聲機械換熱器的設計提供了參考依據。目前熱聲製冷裝置中普遍採用 水換熱器，由swift的研究工作以及湯珂博士論文中相關模擬計算結果可知，在不導致換熱性 能嚴重惡化的情況下，適當地縮短水冷卻器的長度可減小水冷卻器中由於粘滯和熱馳豫作用 導致的聲功率損失，從而強化聲振動，增大輸出壓力波的振幅和壓比。由此可見，換熱器的 性能對熱聲制冷機的性能具有很大的影響。然而，目前熱聲制冷機中普通採用的水冷等形式 的換熱器換熱效率不高，造成整體製冷效率偏低，因此尋求一種換熱效率較高的換熱器顯得 尤為重要。
發明內容
本發明的目的就是為了解決上述不足，提供一種採用振蕩流熱管取代熱聲製冷裝置中目 前普遍採用的水換熱器，使其具有更高的換熱效率，從而可提高其整體製冷效率的基于振蕩 流熱管的熱聲製冷裝置。
為實現上述目的，本發明採取的技術方案為-
一種基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，它包括一個共振腔，在共振腔內設有冷端換熱裝 置和熱端換熱裝置，兩換熱裝置間設有平行板疊，所述冷、熱端換熱裝置分別為一組振蕩流 熱管。
所述共振腔內充滿氣體介質。
所述氣體為氬氣、氮氣、氦氣、C02或這些氣體的兩種或多種混合物。
所述振蕩流熱管為抽真空後注入工質的蛇形細管。 所述工質為水、乙醇、丙酮或溴化鋰。 所述振蕩流熱管與共振腔正交放置。本發明的基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，它包括充滿氣體的共振腔、放置在共振腔中 的平行板疊、冷熱端換熱裝置及聲波發生器，冷熱端換熱裝置採用振蕩流熱管來實現高效換 熱。共振腔內充入的氣體為氬氣、氮氣、氦氣、C02或這些氣體的兩種或多種混合物，充 氣壓力為0.5 2MPa，聲源頻率為25~500Hz。振蕩流熱管為蛇形的細管，抽真空後注入工質。 蛇形細管採用銅管等金屬管，內徑為0.5 5mm，管內工作介質為水、乙醇、丙酮或溴化鋰， 管內真空度為lxlO" lxl(^Pa，充液率為40% 70%。振蕩流熱管替代熱聲製冷裝置中的 常規換熱器，將熱管彎製成一定的形狀，置於共振腔中。
振蕩流熱管(Oscillating Heat Pipe, OHP)又稱脈動熱管(Pulsating Heat Pipe, PHP)、彎曲毛 細管熱管、自激振蕩流熱管等，是由日本學者Akachi首先於九十年代初提出的，它是把金屬 毛細管彎曲成蛇形結構，內部無需任何毛細吸液芯。振蕩流熱管的工作原理在一封閉的蛇 形迴路毛細管路中，充有一定量的工作介質，該介質在表面張力及冷熱端溫差的作用下形成 汽液塞狀流隨機地出現在蛇形迴路中，通過相變(蒸發和冷凝)和汽液振蕩實現熱量傳遞。
本發明的熱管管束與共振腔正交放置，毛細管可以任意彎曲，根據實際空間可以將熱管 做成各種不同的形狀。
本發明所提供的技術與現有技術相比，具有以下優點
採用振蕩流熱管，具有更高的換熱效率，從而可提高其整體製冷效率。振蕩流熱管本身 具有結構簡單，成本低，運行可靠，可以隨意彎曲，啟動迅速等優點。本發明的換熱裝置結
構簡單，基本無運動部件；工質為惰性氣體，不對環境造成汙染。本發明的實施可有效地提
高熱聲製冷的效率，具有極大的推廣價值，可有效地推動電子元器件冷卻技術的發展，提高
其性能，擴大其應用範圍。
圖l本發明的結構示意圖； 圖2振蕩流熱管結構示意圖。
其中，l.聲波發生器，2.熱端換熱裝置，3.板疊，4.冷端換熱裝置，5.共振腔，6.振蕩流熱管。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。
圖1中，本發明包括充滿氣體的共振腔5、放置在共振腔5中的平行板疊3、熱端換熱裝 置2、冷端換熱裝置4及聲波發生器1組成。
熱端換熱裝置2和冷端換熱裝置4均由一組振蕩流熱管6組成，它們與共振腔5成正交 布置，振蕩流熱管6是由毛細管彎折和焊接形成的蛇形迴路，細管上設有封閉的接口，用於 抽真空和充入工質用。
振蕩流熱管根據具體換熱要求，選擇長度和內徑(能夠和管內的工作介質形成毛細管， 一般管子內徑0.5 5mm)合適的金屬細管(金屬管便於加工並適合作為換熱材料)和管內工 作介質(水、乙醇、丙酮、溴化鋰等)，彎成閉合的蛇形管，從接口處將管子抽到一定的真空度後(lxlO" lxl(^Pa)，充入工作介質，充液率為40%~70%，然後將管口密封，保持管 子不洩漏。
本發明的工作原理冷熱端換熱裝置是熱聲製冷裝置的重要組成部件，在熱聲製冷裝置
中用振蕩流熱管取代目前普遍採用的水換熱器等，可使其具有更高的換熱效率，從而可提高 熱聲製冷裝置的製冷能力。
權利要求
1. 一種基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，它包括一個共振腔，在共振腔內設有冷端換熱裝置和熱端換熱裝置，兩換熱裝置間設有平行板疊，其特徵是，所述冷、熱端換熱裝置分別為一組振蕩流熱管。
2. 如權利要求1所述的基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，其特徵是，所述共振腔內充滿 氣體介質。
3. 如權利要求1所述的基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，其特徵是，所述振蕩流熱管為 抽真空後注入工質的蛇形細管。
4. 如權利要求3所述的基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，其特徵是，所述工質為水、乙 醇、丙酮或溴化鋰。
5. 如權利要求1所述的基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，其特徵是，所述振蕩流熱管與 共振腔正交放置。
6. 如權利要求2所述的基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置，其特徵是，所述氣體介質為氬氣、氮氣、氦氣、C02中的至少一種或這些氣體的兩種或多種混合物。
全文摘要
本發明公開了一種基于振蕩流熱管的熱聲製冷裝置。它解決了目前採用水換熱器存在換熱效率不高，造成整體製冷效率低等問題，具有更高的換熱效率，從而可提高熱聲製冷裝置的製冷係數。其結構為它包括一個共振腔，在共振腔內設有冷端換熱裝置和熱端換熱裝置，兩換熱裝置間設有板疊，所述冷、熱端換熱裝置分別為一組振蕩流熱管。
文檔編號F25B23/00GK101441008SQ200810238698
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者劉登瀛, 原成澤, 史勇春, 李選友, 柴本銀, 董憲華, 斌 蔣, 玲 高 申請人:山東天力乾燥設備有限公司