[發明專利]用于熱聲發動機及其驅動的制冷機之間的耦合裝置

無效

• 申請號: 200710065106.X
• 申請日: 2007-04-03
• 公開（公告）號: CN101280977A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 羅二倉;胡劍英;戴巍;吳張華
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F25B9/00;F02G1/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 高存秀

發明領域

本發明主要涉及能源利用與制冷領域，特別涉及一種用于熱聲發動機及其驅動的制冷機之間的耦合裝置；該耦合裝置可以提高熱聲發動機驅動的制冷機系統的聲功利用率、降低工作頻率。

背景技術

熱聲發動機驅動脈沖管制冷機或者熱聲制冷機是一種完全無運動部件的新型制冷技術。它以熱能作為動力，通過氣體的振蕩，在發動機內將內能轉化為聲功，在制冷機內消耗聲功產生制冷效果，環保，安全，壽命長，因此具有非常好的應用前景。

目前其制冷溫區已經從常溫覆蓋到了液氫溫區，并且很快將進一步覆蓋到液氦溫區，但是要想使熱聲驅動脈管制冷機或者熱聲制冷機的性能進一步提高還存在兩個重要問題需解決。第一，脈管制冷機和熱聲制冷機通常以氦氣等氣體作為工作介質，工作在比較低的頻率為宜，當工作頻率升高時，其制冷性能通常會變差。而熱聲發動機以氦氣為工作介質時，如果要想使其工作在50Hz以下的頻率，諧振管的長度則要達到8m以上，這樣龐大的體積當然不利于實際應用，同時還會消耗掉大量的氦氣，成本也很高。第二，由于熱聲發動機體積龐大，如果制冷機和發動機直接耦合，則制冷機內的壓力幅值不可能高于發動機內的壓力幅值，因此，發動機內由于粘性耗散將消耗掉絕大部分的聲功，只有很少量的聲功進入到制冷機內，這樣效率是非常低的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于熱聲發動機及其驅動的制冷機之間的耦合裝置，該耦合裝置可以大幅提高制冷機對聲功的利用率，同時減少系統體積，降低工作頻率，從而提高制冷機的制冷性能。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的用于熱聲發動機及其驅動的制冷機之間的耦合裝置，包括：

一空腔C；

一安裝于空腔C內的彈性膜片B，所述彈性膜片B將所述空腔C分割為第一腔室C1和第二腔室C2；

一連通于所述空腔C一側壁上并與第一腔室C1相通的長管A；

一連通于所述空腔C另一側壁上并與第二腔室C2相通的短管F；

所述長管A的另一端連通于熱聲發動機的反饋管12；

所述短管F的另一端連通于制冷機的水冷器21。

所述第一腔室C1和第二腔室C2為裝有不同工作介質的腔室。

所述長管A長度小于聲波長的1/4，所述長管1直徑小于熱聲發動機反饋管12直徑。

所述彈性膜片B與工作介質流動方向垂直的面積為所述長管A橫截面積的5-200倍。

所述彈性膜片B為有機材質彈性膜片或金屬材質彈性膜片，其質量輕巧，回復能力強，氣體滲透率低。

所述的熱聲發動機包括行波型熱聲發動機、駐波型熱聲發動機以及串級型熱聲發動機。所述的制冷機包括脈沖管制冷機和熱聲制冷機。

所述的發動機內使用的工作氣體主要為氮氣、二氧化碳、氬氣等氣體或者是其中幾種氣體的混合物；制冷機使用的工作氣體主要為氦氣、氫氣、氖氣、氮氣等氣體或者是其中幾種氣體的混合物。

為了進一步說明本發明的用于熱聲發動機及其驅動的制冷機之間的耦合裝置的工作原理，同時也進一步說明在選則長管、空腔時所需要遵循的一些原則，下面將從理論上對其原理進行解釋。

我們用線性熱聲理論來分析本發明的耦合裝置的特性。線性熱聲理論是熱聲學中用來分析小振幅聲場的常用工具，式(1)和式(2)是其用來描述聲場的兩個方程。