[發明專利]一種直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統

有效

• 申請號: 201410058792.8
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN103759464A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 羅二倉;陳燕燕;戴巍;張麗敏;吳張華;李海冰
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;中科力函（深圳）熱聲技術有限公司
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉

1.一種直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統，其由環路型行波熱聲制冷機及直線壓縮機組成；所述環路型行波熱聲制冷機包含N個熱聲制冷機核心單元（1），每個熱聲制冷機核心單元（1）間通過諧振管（110）首尾連接構成環路；所述直線壓縮機旁接于環路中的諧振管（110）上，所述N為3-10的正整數；

所述每一熱聲制冷機核心單元（1）包含依次相連的次室溫端換熱器（101）、熱緩沖管（103）、冷端換熱器（105）、回熱器（106）和主室溫端換熱器（107）；其特征在于，還包括連接于次室溫端換熱器（101）與熱緩沖管（103）間的室溫端層流化元件（102）和連接于熱緩沖管（103）與冷端換熱器（105）間的冷端層流化元件（104）；

所述諧振管（110）一端連接第一變徑管（108），所述第一變徑管（108）與所述熱聲制冷機核心單元（1）的主室溫端換熱器（107）相連；所述諧振管（110）另一端依次連接有第二變徑管（111）、連接腔（112）和第三變徑管（113），所述第三變徑（113）與下一級熱聲制冷機核心單元（1）的次室溫端換熱器（101）相連；以構成環路型行波熱聲制冷機；

所述的直線壓縮機（2）包含兩個對置運動的直線電機；所述的直線電機由活塞（201）、支撐單元（202）、定子線圈（203）、動子磁體（204）及外殼（205）組成；所述的直線壓縮機（2）依次通過第三變徑管（113）、連接腔（112）及第二變徑管（111）旁接于諧振管（110）上，以構成直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統；

所述的直線壓縮機（2）中的定子線圈（203）接入交流電，根據電磁感應原理，交流電驅動動子磁體（204）在定子線圈（203）中運動，動子磁體（204）帶動活塞（201）做往復運動而將電能轉化為聲功，并輸出到環路型行波熱聲制冷機中；相鄰熱聲制冷機核心單元（1）的直線壓縮機（2）的驅動電壓幅值相等，電壓間存在相位差，所述相位差為360度/N；

上一級熱聲制冷機核心單元未消耗的聲功經由第三變徑（113）與本級直線壓縮機（2）輸出的聲功在連接腔（112）中匯合，并經由第二變徑（111）、諧振管（110）以及第一變徑（108）從本級熱聲制冷機核心單元的主室溫端換熱器（107）進入到該熱聲制冷機核心單元的回熱器（106）中，該回熱器（106）通過消耗聲功將熱量從冷端換熱器（105）泵送到次室溫端換熱器（101），在該回熱器（106）中形成溫度梯度；冷端換熱器（105）與低溫熱源相連，通過吸收低溫熱源的熱量來維持或降低低溫熱源的溫度；所述的主室溫端換熱器（107）和次室溫端換熱器（101）分別與室溫熱源相連，該主室溫端換熱器（107）將熱量釋放給環境而形成室溫端；經過該回熱器（106）后未消耗的剩余聲功依次經過冷端換熱器（105），熱緩沖管（103）和次室溫換熱器（101），輸出到下一級直線壓縮機的連接腔中，該剩余聲功與下一級直線壓縮機的輸出聲功相匯合，通過下一級熱聲制冷機核心單元的諧振管進入到下一級熱聲制冷機核心單元，實現聲功的回收利用；如此循環，構成直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統。

2.根據權利要求書1所述的直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統，其特征在于，所述的直線壓縮機（2）旁接于環路型行波熱聲制冷機的諧振管（110）上的任意位置。

3.根據權利要求書2所述的直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統，其特征在于，所述的直線壓縮機（2）旁接于上一級熱聲制冷機核心單元的次室溫換熱器（101）側或者旁接于本級熱聲制冷機核心單元的主室溫換熱器（108）側。

4.根據權利要求書1所述的直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統，其特征在于，所述熱緩沖管（103）橫截面積與其兩端的冷端換熱器（103）橫截面積及次室溫端換熱器（101）橫截面積比在0.75～1.25之間。

5.根據權利要求書1所述的直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統，其特征在于，所述的諧振管（110）的流通面積為熱聲制冷機核心單元處流通面積的1/25到1/10；所述諧振管（110）長度為聲波長/N。

6.根據權利要求書1所述的直線壓縮機驅動的環路型行波熱聲制冷系統，其特征在于，熱聲制冷機核心單元（1）還包括放置環路中的直流抑制器（109）；所述環路直流抑制器（109）位于第一變徑管（108）直徑大的一端；所述環路聲直流抑制元件（109）為彈性膜或非對稱噴射泵。