一种声学共振型热驱动行波热声制冷系统

摘要

本发明涉及的声学共振型热驱动行波热声制冷系统，由N个弹性膜和N个通过谐振管首尾相连并形成环形回路的热声单元组成，其中N为3～10的正整数，每个热声单元两端体积流率的相位差为360°/N；每个热声单元由热声发动机和脉管制冷组成；本发明的制冷系统可以实现完全没有运动部件，其可靠性得到进一步提升；在声学共振环路系统中可实现纯行波相位，并且每个热声单元中从脉管制冷机流出的声功均被下一热声单元回收利用，可进一步提高系统工作效率；此外可根据所需要冷量情况串接不同数目的热声单元实现大冷量输出；本发明能够获得大冷量，高效率，长寿命，且系统结构简单，在需求大冷量的场合有着良好的运用前景。

主权项

一种声学共振型热驱动行波热声制冷系统，其包括：N个弹性膜(11)和N个通过谐振管(10)首尾相连并形成环形回路的热声单元，其中N为3～10的正整数，每个热声单元两端体积流率的相位差为360°/N；所述热声单元由依次串接的第一主室温端换热器(1)、第一回热器(2)、热端换热器(3)、第一热缓冲管(4)、第二主室温端换热器(5)、第二回热器(6)、冷端换热器(7)、第二热缓冲管(8)和第二次室温端换热器(9)组成；所述依次串接的第一主室温端换热器(1)、第一回热器(2)、热端换热器(3)、第一热缓冲管(4)和第二主室温端换热器(5)构成一个热声发动机；所述依次串接的第二主室温端换热器(5)、第二回热器(6)、冷端换热器(7)、第二热缓冲管(8)和第二次室温端换热器(9)构成一个脉管制冷机；所述热声发动机与脉管制冷机共用一个第二主室温端换热器(5)；所述热声发动机与所述热声制冷机统称为热声转换部件；所述谐振管(10)为管径小于所述热声转换部件的空管段，所述谐振管(10)起到连接相邻两个热声转换部件的连接及相位调节作用；对热端换热器(3)进行加热；通过水冷器对第一主室温端换热器(1)、第二主室温换热器(5)及第二次室温端换热器(9)进行冷却使分别维持在室温范围；所述弹性膜(11)安装在环形回路中对所述热声发动机进行冷却的水冷器前的谐振管(10)上的任意位置处，以隔绝环形回路中的直流；当热端换热器(3)与第一主室温端换热器(1)之间的温度梯度达到临界温度后，整个声学共振型热驱动行波热声制冷系统起振；一个热声发动机的第一回热器(2)内部工作气体与回热器固体间发生热声效应，将输入热端换热器(3)的热量转化为声功，并沿着由第一主室温端换热器(1)至热端换热器(3)的温度梯度方向输出，同时向该热声单元的第一主室温换热器(1)放热，热量由冷却器中的冷却水带走；在每一脉管制冷机中，热声发动机产生的声功由第二主室温换热器(5)输入，同样在第二回热器(6)中发生热声转换，将冷端换热器(7)的热量泵送至第二主室温换热器(5)处输出，热量由冷却器中的冷却水带走，使得冷端换热器(7)温度降低以制冷；由第二次室温换热器(9)流出的声功在谐振管(10)中耗散，并对热声转换部件的相位进行调节，剩余的声功通过谐振管(10)进入下一热声单元中实现声功的回收；如此循环，以使声学共振型热驱动行波热声制冷系统正常制冷工作。