[發(fā)明專利]太陽能驅(qū)動的同軸行波發(fā)動-駐波制冷裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810232133.6
• 申請日: 2008-11-06
• 公開（公告）號: CN101392971A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何雅玲;沈超;李玉光
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00;F03G7/00;F24J2/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 張震國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣體制冷與低溫領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能驅(qū)動的同軸行波發(fā)動-駐波制冷裝置。

背景技術(shù)

熱聲熱機(jī)是利用熱聲效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為聲能的新型熱機(jī)，系統(tǒng)中無運(yùn)動部件具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點，并采用對環(huán)境無害的惰性氣體作為工質(zhì)，而且能直接利用低品位的熱能作為驅(qū)動熱源；而熱聲發(fā)動機(jī)與熱聲制冷機(jī)相配合的制冷方案由于無運(yùn)動部件更是具有高度可靠性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

另一方面，隨著能源形式的日益嚴(yán)峻，利用太陽能等可再生能源作為驅(qū)動熱源的熱聲系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。2000年，美國海軍研究院的Hofler設(shè)計制作了一臺典型的太陽能熱聲發(fā)動機(jī)驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)，他采用一個直徑為0.457m的菲涅耳透鏡聚焦太陽光作為驅(qū)動熱源，熱端換熱器的最高溫度達(dá)到475℃，由此熱聲發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的聲波來驅(qū)動熱生制冷機(jī)，在冷卻溫度23℃、制冷溫度5℃的工況下提供了2.5W的制冷量。但是他未能實現(xiàn)對太陽的實時追蹤，不能高效的全天連續(xù)工作；并且他采用的是效率不太理想駐波熱聲發(fā)動機(jī)，限制了整個熱聲發(fā)動制冷系統(tǒng)的整體效率。

現(xiàn)行的行波熱聲發(fā)動機(jī)的反饋回路設(shè)置使得后置諧振腔與熱聲核正交，存在結(jié)構(gòu)不緊湊、所需空間大、不便于實現(xiàn)對太陽能的實時跟蹤和與熱聲制冷機(jī)對接等問題。而實際的太陽能驅(qū)動的同軸結(jié)構(gòu)行波發(fā)動-駐波制冷裝置要求結(jié)構(gòu)緊湊、易于對接、便于追蹤，現(xiàn)有的行波熱聲發(fā)動機(jī)已經(jīng)不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、易于對接、能對太陽實時精確追蹤的太陽能驅(qū)動的同軸行波發(fā)動-駐波制冷裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：包括：一臺同軸結(jié)構(gòu)的行波熱聲發(fā)動機(jī)和一臺同軸結(jié)構(gòu)的駐波熱聲制冷機(jī)，其中行波熱聲發(fā)動機(jī)包括：熱端換熱器、第一板疊、第一冷端換熱器以及反饋管；駐波熱聲制冷機(jī)包括：室溫?fù)Q熱器、第二板疊、第二冷端換熱器，在行波熱聲發(fā)動機(jī)的冷端換熱器和駐波熱聲制冷機(jī)的室溫?fù)Q熱器之間設(shè)置有諧振管，其中諧振管與行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器、第一板疊、第一冷端換熱器同軸安裝，在行波熱聲發(fā)動機(jī)的前端依次安裝有聚光裝置、透光鏡和錐形漸縮面的透光鏡支撐面，在行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器外部包覆有熔融鹽盛放環(huán)形裝置，在駐波熱聲制冷機(jī)第二冷端換熱器后安裝有錐形諧振腔。

本發(fā)明的聚光裝置中的聚光鏡采用樹脂背投大屏幕，具有獲取容易、價格低廉、透光率高，聚光性好的優(yōu)點；透光鏡采用10-20mm厚度的石英玻璃，具有承壓強(qiáng)度高、透光率高以及可以形成溫室效應(yīng)阻斷內(nèi)部熱聲核發(fā)出紅外輻射穿過等優(yōu)點；透光鏡支撐面采用的是錐形漸縮面，并且其軸向剖面錐角是聚光凸透鏡的外側(cè)光路輪廓線構(gòu)成的軸向剖面錐角的2至3倍，使得即使在跟蹤精度不高的情況下也能保證太陽輻射的聚焦光斑能穿過透光鏡，進(jìn)而高效利用太陽能，同時透光鏡支撐面與透光鏡構(gòu)成一個起振空腔，有利于降低整個系統(tǒng)的起振溫度；行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器外部的熔融鹽盛放環(huán)形裝置采用不銹鋼制成，其寬度與行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器的長度相等，位置與行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器豎直對齊；熔融鹽盛放環(huán)形裝置中使用的熔融鹽為LiOH、LiF、LiNO₃、K₂O₂或Na₂O₂，通過熔融鹽的相變蓄熱起到一個緩沖熱容的作用；并在其外部包覆硝酸鋁玻璃纖維保溫層；行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器采用的是石墨泡沫或者石墨蜂窩，利用其本身的黑色而無需對其太陽輻射吸收面進(jìn)行處理(如涂昂貴的光譜吸收性涂層)就能良好的吸收太陽輻射，并且其各項均勻同性可以良好的加熱氣體和降低起振溫度；行波熱聲發(fā)動機(jī)的板疊使用的是金屬泡沫，并且沿軸向上下交錯分布著一系列垂直于軸向的鋸口，通過徑向的交錯鋸口來阻斷軸向的直接傳熱，利于工質(zhì)建立其起振所必須的溫度梯度從而降低系統(tǒng)起振溫度；行波熱聲發(fā)動機(jī)的冷端換熱器采用的是由線切割加工而成的銅質(zhì)內(nèi)肋管，冷卻效果更為理想進(jìn)而降低系統(tǒng)的起振溫度；行波熱聲發(fā)動機(jī)的熱端換熱器、板疊、冷端換熱器的橫截面積相等，使得發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊便于實現(xiàn)對太陽的追蹤；諧振管由兩段錐管及一段直管構(gòu)成。

本發(fā)明能對太陽實時精確追蹤進(jìn)而實現(xiàn)全天連續(xù)高效工作，特別適合于空間冷卻技術(shù)，與現(xiàn)有的空間冷卻技術(shù)如：壓縮制冷、脈管制冷、噴射制冷等相比更為可靠和高效。

綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點主要有：

1)行波熱聲發(fā)動機(jī)采用新型同軸布置，與傳統(tǒng)的行波熱聲發(fā)動機(jī)相比結(jié)構(gòu)更為緊湊和沒有垂直于太陽輻射方向的過長綴尾，故而方便與駐波熱聲制冷機(jī)的對接、跟蹤臺上的安裝和對太陽的跟蹤。