[發(fā)明專利]一種基于行駐波正交疊加聲場(chǎng)的電驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110025007.5
• 申請(qǐng)日: 2011-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102095278A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康慧芳;鄭宏飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B23/00
• 分類號(hào): F25B23/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制冷機(jī)裝置，特別涉及一種利用行駐波正交疊加聲場(chǎng)特性的熱聲制冷機(jī)裝置。

背景技術(shù)

熱聲制冷機(jī)是利用熱聲效應(yīng)，利用聲波將熱量從低溫端泵送到高溫端。根據(jù)工作聲場(chǎng)特性不同，熱聲熱機(jī)主要分為駐波型、行波型及行駐波混合型三種。由于駐波聲場(chǎng)中速度波和壓力波相位差為駐波聲場(chǎng)理論上沒(méi)有聲功輸出；另一方面，在駐波熱聲熱機(jī)中熱聲轉(zhuǎn)化基于氣體同固體的不可逆熱接觸，氣體進(jìn)行的是不可逆熱力學(xué)循環(huán)，所以熱聲熱機(jī)效率低。于是，1979年Ceperley首次提出了行波型熱聲熱機(jī)的概念。行波聲場(chǎng)中速度波和壓力波相位差為熱聲轉(zhuǎn)化基于氣體同固體的可逆熱接觸。然而，Ceperley研制的行波型熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)聲功放大的功能。隨后，日本的Yazaki實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在行波通道中可以實(shí)現(xiàn)自維持震蕩，并驅(qū)動(dòng)熱聲制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)了行波熱聲制冷，但其效率很低。Yazaki等人在研究中意識(shí)到了單環(huán)路型行波熱聲熱機(jī)由于板疊處聲阻抗低，工作氣體振動(dòng)速度較大，造成了嚴(yán)重的粘性損失，限制了行波熱聲熱機(jī)效率的提高。

1999年，Backhaus和Swift設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)新型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，將行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提高到30％。該發(fā)動(dòng)機(jī)主要由行波通道和諧振管組成，通過(guò)合理設(shè)計(jì)環(huán)路管段的結(jié)構(gòu)尺寸使回?zé)崞魈幱谛胁晥?chǎng)，同時(shí)在行波回路中引入諧振管從而提高了回?zé)崞魈幍穆曌杩埂Ｔ诖嘶A(chǔ)上，使用其行波原理設(shè)計(jì)了熱聲制冷機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高效制冷。

為了實(shí)現(xiàn)可逆熱聲轉(zhuǎn)換，眾多研究者一直追求高阻抗的行波相位。2009年康慧芳對(duì)熱聲系統(tǒng)內(nèi)聲場(chǎng)分布特性展開(kāi)了研究，指出在類駐波聲場(chǎng)中即可實(shí)現(xiàn)高阻抗行波相位區(qū)，然而，過(guò)少的行波成分會(huì)使得行波相位區(qū)很窄，高效率區(qū)很窄，不能滿足熱聲核心元件段的長(zhǎng)度要求。在一維聲場(chǎng)中，可以通過(guò)增加行波成分的方法增加行波區(qū)長(zhǎng)度，然而隨著行波成分的增加，雖然行波相位區(qū)長(zhǎng)度增加，但是行波相位區(qū)當(dāng)?shù)芈曌杩箿p小，熱聲轉(zhuǎn)換效率降低。行波區(qū)長(zhǎng)度和阻抗的相互制約關(guān)系，限制了熱聲制冷系統(tǒng)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于行駐波正交疊加聲場(chǎng)的熱聲制冷機(jī)，根據(jù)行波和駐波聲場(chǎng)的疊加特性，改變傳統(tǒng)的駐波型熱聲熱機(jī)和行波型熱聲熱機(jī)的設(shè)計(jì)理念，采用正交型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)行波聲場(chǎng)和駐波聲場(chǎng)正交疊加，解除單通道熱聲系統(tǒng)中行波區(qū)長(zhǎng)度和阻抗的制約關(guān)系，使得沿行波通道方向串聯(lián)的各級(jí)熱聲轉(zhuǎn)換單元均工作于高阻抗行波相位區(qū)，提高級(jí)聯(lián)型熱聲制冷機(jī)的轉(zhuǎn)換效率，增加聲功流密度。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于行駐波正交疊加聲場(chǎng)的熱聲制冷機(jī)，包括：第一聲波調(diào)理器(1)、第二聲波調(diào)理器(7)、行波通道(2)、一個(gè)或多個(gè)駐波管(3)，所述駐波管(3)與所述行波通道(2)垂直相交，在交匯處放置由室溫端冷卻器(4)、熱聲回?zé)崞?5)和冷頭(6)依次相連組成的熱聲制冷單元(A)，第一聲波調(diào)理器(1)和第二聲波調(diào)理器(7)分別設(shè)置在行波通道(2)的兩端，通過(guò)第一聲波調(diào)理器(1)、第二聲波調(diào)理器(7)在行波通道(2)內(nèi)調(diào)制出以行波成分為主的聲場(chǎng)；所述駐波管(3)提供的駐波成分與行波通道(2)提供的行波成分在熱聲制冷單元(A)處正交疊加，在疊加處有效利用駐波成分的高阻抗特性和行波成分的行波相位特性，使得所述熱聲制冷單元(A)工作于高阻抗行波相位區(qū)。

本發(fā)明的基于行駐波正交疊加聲場(chǎng)的熱聲制冷機(jī)裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，其關(guān)鍵技術(shù)在于：

根據(jù)行波和駐波聲場(chǎng)的疊加特性，改變傳統(tǒng)的駐波型熱聲熱機(jī)和行波型熱聲熱機(jī)的設(shè)計(jì)理念，采用駐波管(3)與行波通道(2)垂直相交，在交匯處放置由室溫端冷卻器(4)、熱聲回?zé)崞?5)和冷頭(6)依次相連組成的熱聲制冷單元(A)，正交型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在交叉點(diǎn)實(shí)現(xiàn)行波聲場(chǎng)和駐波聲場(chǎng)正交疊加，解除了單通道熱聲系統(tǒng)的行波區(qū)長(zhǎng)度和阻抗的制約關(guān)系。

本發(fā)明的基于行駐波正交疊加聲場(chǎng)的熱聲制冷機(jī)裝置具備如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的基于行駐波正交疊加聲場(chǎng)的熱聲制冷機(jī)裝置中，駐波管(3)提供的駐波成分與行波通道(2)提供的行波成分在熱聲制冷單元(A)處正交疊加，熱聲制冷單元(A)位于駐波管(3)中壓力波幅附近(即速度節(jié)點(diǎn)附近)，有效利用駐波成分的高阻抗特性和行波成分的行波相位特性，使得各級(jí)熱聲制冷單元(A)均工作于高阻抗行波相位區(qū)，實(shí)現(xiàn)高效熱聲轉(zhuǎn)換。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；