一种环路多级声功回收型热驱动行波热声制冷系统

摘要

一种环路多级声功回收型热驱动行波热声制冷系统，其由N个热声发动机单元通过谐振管首尾相连构成的环路结构及N个脉管制冷机单元组成；N为3～10正整数；每一谐振管的连接发动机次冷却器端起的一段谐振管段两端分别连接一前和一后连接管，该谐振管段、脉管制冷机单元和前连接管依次相连成封闭回路；一发动机单元和一封闭回路构成热声转换单元；本发明的发动机回路实现声功回收，制冷机回路实现声功回收，发动机单元和制冷机单元的回热器实现行波转换，具有潜在整机高效率；无运动部件，可靠性高，结构紧凑，功率密度高，具有良好的应用前景。

主权项

一种环路多级声功回收型热驱动行波热声制冷系统，其由N个热声发动机单元(1)通过谐振管(21)首尾相连构成的环路结构及N个脉管制冷机单元(2)组成；N为3～10的正整数；每一热声发动机单元(1)均由依次相连的发动机主冷却器(4)、发动机回热器(5)、加热器(6)、高温端层流化元件(7)、热缓冲管(8)、发动机室温端层流化元件(9)和发动机次冷却器(10)组成；每一脉管制冷机单元(2)均由依次相连的制冷机主冷却器(13)、制冷机回热器(14)、冷头(15)、低温端层流化元件(16)、脉冲管(17)、制冷机室温端层流化元件(18)和制冷机次冷却器(19)组成；所述每一脉管制冷机单元(2)的低温端层流化元件(16)安装在每一脉冲管(17)的低温侧，所述每一脉管制冷机单元(2)的制冷机室温端层流化元件(18)安装在每一脉冲管(17)的室温侧；每一谐振管(21)的连接发动机次冷却器(10)端起的一段谐振管段两端分别连接一前连接管(11)和一后连接管(20)，前连接管(11)长度大于后连接管(20)长度，前连接管(11)和后连接管(20)之间连接脉管制冷机单元(2)，脉管制冷机单元(2)的制冷机次冷却器(19)与后连接管(20)相连，脉管制冷机单元(2)的制冷机主冷却器(13)与前连接管(11)相连；该一段谐振管段、脉管制冷机单元(2)和前连接管(11)依次相连并形成封闭回路；一个热声发动机单元(1)和一个该封闭回路构成一热声转换单元；所述环路多级热驱动型行波热声制冷系统有N个热声转换单元，N个热声转换单元结构相同；每一热声发动机单元(1)的加热器(6)均与热源相连以吸收热源热量形成相同温度的高温端；所述发动机主冷却器(4)和发动机次冷却器(10)通过冷却器的冷却水冷却以维持在室温范围；为此，每一热声发动机单元的发动机回热器(5)上形成相同的温度梯度；在该温度梯度下，发动机回热器(5)内部工作气体与其内的固体填料间产生热声效应，将输入到加热器(6)的热量转化成声功；声功沿着温度梯度的正方向传播并放大，一部分声功传递到谐振管(21)中，另一部分通过前连接管(11)传递到制冷机回热器(14)中发生热声转换，将每一脉管制冷机单元(2)的冷头(15)热量泵送至该脉管制冷机单元(2)的制冷机主水冷器(13)输出，热量由冷却器中的冷却水带走，使每一脉管制冷机单元(2)冷头(15)保持低温；从制冷机次冷却器(19)出来的声功通过后连接管(20)回收到谐振管21中，与之前传递到谐振管(21)的声功一起继续传递到下一热声转换单元中，重复上述过程完成环路多级热驱动型行波热声制冷。