CN102734975B - 一种双作用热驱动行波热声制冷系统 - Google Patents

一种双作用热驱动行波热声制冷系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102734975B
CN102734975B CN201110103954.1A CN201110103954A CN102734975B CN 102734975 B CN102734975 B CN 102734975B CN 201110103954 A CN201110103954 A CN 201110103954A CN 102734975 B CN102734975 B CN 102734975B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
refrigeration system
traveling wave
piston
refrigerating machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110103954.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102734975A (zh
Inventor
罗二仓
胡剑英
吴张华
余国瑶
李海冰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
In the letter of Keli (Shenzhen) Cryogenic Technology Co.
Original Assignee
Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co Ltd filed Critical Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co Ltd
Priority to CN201110103954.1A priority Critical patent/CN102734975B/zh
Priority to PCT/CN2012/073385 priority patent/WO2012130169A1/zh
Priority to EP12763287.5A priority patent/EP2781856A4/en
Publication of CN102734975A publication Critical patent/CN102734975A/zh
Priority to US14/192,814 priority patent/US9453663B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN102734975B publication Critical patent/CN102734975B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1403—Pulse-tube cycles with heat input into acoustic driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1407—Pulse-tube cycles with pulse tube having in-line geometrical arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1409—Pulse-tube cycles with pulse tube having special type of geometrical arrangements not being a coaxial, in-line or U-turn type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1425—Pulse tubes with basic schematic including several pulse tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1426—Pulse tubes with basic schematic including at the pulse tube warm end a so called warm end expander

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双作用热驱动行波热声制冷系统，具有至少三个基本单元，每个基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，热声发动机和热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、非常温换热器、热缓冲管和次换热器；谐振装置包括封闭的壳体，壳体中设置有往复运动的活动部件，活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；每个热声发动机和热声制冷机的主换热器和次换热器分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的双环路结构。通过加热热声发动机的非常温换热器产生声功，在热声发动机和热声制冷机内发生热声能量转换，能够实现输入热量就可产生制冷效应，该系统能应用在热能丰富而电能匮乏的区域，适用范围更加广泛。

Description

一种双作用热驱动行波热声制冷系统
技术领域
本发明实施例涉及能源动力以及低温制冷技术，尤其是涉及一种采用热声发动机驱动的双作用热驱动行波热声制冷系统。
背景技术
声波在气体中传播时，会使传播介质气体产生压力、位移和温度的波动。当该气体与固定边界相作用时，会引发声波能量与热能之间的转换，这就是热声效应。
热声系统就是利用热声效应原理设计的一种能量转换系统，可以将热能转化为声波能量，或者将声波能量转换成热能，热声系统包括热声发动机和热声制冷机，其中，热声发动机主要包括行波热声发动机和斯特林发动机，热声制冷机主要包括行波热声制冷机、脉冲管制冷机和斯特林制冷机。
在上述热声系统中，热声发动机和制冷机，是以空气、氦气或氮气等惰性气体作为工作介质，具有高效、安全、使用寿命长的优点，因此获得了人们的广泛关注。目前采用热声发动机发电，以及采用热声制冷机实现低温制冷已经取得成功。
参考图1，图1为现有的行波热声制冷系统的结构示意图。
如图1所示，该行波热声制冷系统包括三个基本单元，每个基本单元包括直线电机1a和热声转换装置2a。
直线电机1a包括气缸11a、活塞12a、活塞杆13a、电机外壳14a、静子15a、动子16a和板簧17a。
静子15a与电机外壳14a的内壁固定连接，动子16a与静子15a间隙配合，活塞杆13a与动子16a固定连接，活塞杆13a与板簧17a固定连接，直线电机1a工作时，动子16a通过活塞杆13a带动活塞12a在气缸11a内作直线往复运动。
热声转换装置2a包括依次连通的主换热器21a、回热器22a和非常温换热器23a。主换热器21a与一个直线电机1a的气缸内腔，即压缩腔18a连通，非常温换热器23a与另一个直线电机1a的气缸内腔，即膨胀腔19a连通，各热声转换装置2a与各直线电机1a顺序相连，这样，该热声制冷机就组成了一个工质流动的环路。
该行波热声制冷系统工作时，接通直线电机1a的电源，动子16a带动活塞12a在气缸11a内往复运动，压缩腔18a内的气体工质体积改变，产生声波能量进入主换热器21a，通过回热器22a，在回热器内声波能量被消耗掉大部分，产生制冷效应，使非常温换热器降温，剩余声波能量再从非常温换热器23a出来，反馈给另一个直线电机1a的膨胀腔19a，再传递给第二台直线电机1a的活塞12a。
在进行本发明的研究过程中，发明人发现如下技术缺陷：该行波热声制冷系统是通过直线电机1a将电功转换为声功，再通过热声转换装置2a实现热声能量的转换，产生制冷效应。然而，在电能缺乏而热能丰富的地区，例如在太阳能比较充足而供电不便、电力匮乏的地区，现有的行波热声制冷系统的应用就会受到很大的限制，甚至无法应用。
并且，在该行波热声制冷系统工作时，由于与回热器22a连通的非常温换热器23a出来的气体工质的温度相对较低，反馈到膨胀腔19a的气体工质的温度较低，因此，气缸11a和活塞12a工作在温度较低的环境下，对活塞12a的加工制造提出了很高的要求，因而会增加该行波热声制冷系统的生产制造成本，并且会减少直线电机1a的使用寿命。
发明内容
本发明实施例提供了一种双作用热驱动行波热声制冷系统，用以解决现有技术中的缺陷，能够实现用热源作为驱动获得制冷效应，提高行波热声制冷系统的应用范围，并且降低生产成本，提高使用寿命。
本发明提供了一种双作用热声驱动行波制冷系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、非常温换热器、热缓冲管和次换热器；
所述谐振装置包括封闭的壳体，所述壳体中设置有往复运动的活动部件，所述活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；
每个所述热声发动机和所述热声制冷机的主换热器和次换热器分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的双环路结构。
本发明还提供了一种双作用热驱动行波热声制冷系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和次换热器；
所述谐振装置包括封闭的壳体，所述壳体中设置有往复运动的活动部件，所述活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；
每个所述基本单元中的热声发动机的主换热器或次换热器与热声制冷机的次换热器或主换热器连通，每个所述基本单元中的热声发动机和热声制冷机的另外两端分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的单环路结构。
本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、非常温换热器、热缓冲管和次换热器；采用热声发动机驱动热声制冷机，通过加热热声发动机的非常温换热器产生声功，在热声发动机和热声制冷机内发生热声能量转换，能够实现输入热量就可产生制冷效应，与现有技术相比，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统能应用在热能丰富而电能匮乏的区域，适用范围更加广泛。
并且，由于热声发动机和热声制冷机具有热缓冲管和次换热器，使得反馈至另一个谐振装置内的气体工质的温度接近于室温，因而可以保证谐振装置工作在室温环境下，从而减少谐振装置的生产制造成本，提高使用寿命。
附图说明
图1为现有的行波热声制冷系统的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
图3为本发明第二实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图；
图4为本发明第三实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图；
图5为本发明第四实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图；
图6为本发明第五实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图；
图7为本发明第六实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图；
图8为本发明第七实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图；
图9为本发明第八实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
附图标记：
1-热声发动机          11-第一主换热器  12-第一回热器
13-第一非常温换热器   14-第一热缓冲管
15-第一次换热器       2-热声制冷机      21-第二主换热器
22-第二回热器         23-第二非常温换热器
24-第二热缓冲管       25-第二次换热器   3-谐振装置
31-气缸               32-活塞           33-膨胀腔
331-第一膨胀腔        332-第二膨胀腔    34-压缩腔
35-U型管              36-U型液柱        37-缓冲腔
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种双作用热驱动行波热声制冷系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、非常温换热器、热缓冲管和次换热器；所述谐振装置包括封闭的壳体，所述壳体中设置有往复运动的活动部件，所述活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；每个所述热声发动机和所述热声制冷机的主换热器和次换热器分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的双环路结构。
本发明还提供了一种双作用热驱动行波热声制冷系统，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和次换热器；所述谐振装置包括封闭的壳体，所述壳体中设置有往复运动的活动部件，所述活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；每个所述基本单元中的热声发动机的主换热器或次换热器与热声制冷机的次换热器或主换热器连通，每个所述基本单元中的热声发动机和热声制冷机的另外两端分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的单环路结构。
本发明提供的双作用热驱动热声制冷系统，采用热声发动机驱动热声制冷机，通过加热热声发动机的非常温换热器产生声功，在热声发动机和热声制冷机内发生热声能量转换，能够实现输入热量就可产生制冷效应，与现有技术相比，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统能应用在热能丰富而电能匮乏的区域，适用范围更加广泛。
并且，由于热声发动机和热声制冷机具有热缓冲管和次换热器，使得反馈至另一个谐振装置内的气体工质的温度接近于室温，因而可以保证谐振装置工作在室温环境下，从而减少谐振装置的生产制造成本，提高使用寿命。
在上述技术方案的基础上，谐振装置的设计形式可以有多种，谐振装置具有两个或多个内腔。热声发动机和热声制冷机中的主换热器和次换热器与谐振装置的内腔的连接方式多样，能够形成路径不同的多种环路结构。例如：
每个谐振装置可以包括两个内腔，两个内腔按照其所连接的换热器不同而分别记为压缩腔和膨胀腔。
实现两个内腔的手段可以为：谐振装置采用圆桶状的活塞和气缸，两个内腔形成在活塞的两侧。或者，气缸和活塞的形状为相互匹配的阶梯结构；两个内腔形成在活塞同侧的不同阶梯层处。再或者谐振装置为U型管结构，U型管内具有U型液柱；两个内腔形成在所述U型液柱的两端。
实现多个内腔的手段可以为：谐振装置采用形状为相互匹配的活塞和气缸，气缸和活塞的阶梯结构，内腔形成在活塞阶梯侧的各阶梯层处以及活塞的平面侧，其中，未连通的内腔具有气体弹簧的作用，可以调节系统的工作频率。
内腔与换热器的连接方式所形成的不同环路结构与气体工质的工作相位相关，环路结构配合适当的基本单元的数量，可以提高工作效率。
例如，可设置各内腔中活塞的工作表面平行且反向，对应基本单元的数量为三个或四个。或者，各内腔中活塞的工作表面平行且同向，对应基本单元的数量为四个、五个或六个。
内腔的数量和位置、环路结构以及基本单元的数量等各种设计因素的结合可以获得不同的具体实施方式，为了使本领域的人员更好地理本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参照图2，图2为本发明第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在本发明的第一实施例中，双作用热驱动行波热声制冷系统包括三个基本单元，图2中只标示出了图中靠近下端的基本单元中的各个部件的标号，由于其他两个基本单元的部件与该基本单元完全相同，为了简化附图，在图2中没有标示出其他相同的部件。
每个基本单元包括热声发动机1、热声制冷机2和谐振装置3。每个基本单元中，热声发动机1包括依次连通的第一主换热器11、第一回热器12、第一非常温换热器13、第一热缓冲管14和第一次换热器15。
热声制冷机2包括依次连通的第二主换热器21、第二回热器22、第二非常温换热器23、第二热缓冲管24和第二次换热器25。
谐振装置3包括气缸31，气缸31中设置有往复运动的活塞32，活塞32与气缸31之间微小间隙配合，配合间隙可以为0.01-0.1mm，在本实施例中，每个谐振装置3的气缸31和活塞32的数量为一个，优选是各气缸31中活塞32的工作表面相互平行且反向，这里所述的活塞32的工作表面是指活塞32在运动时，能够与气缸31内的气体工质直接发生作用的表面。活塞32将气缸31的气缸分成膨胀腔33和压缩腔34。
具体地，在本实施例中，在每个基本单元中，热声发动机1的第一次换热器15与谐振装置3的膨胀腔33连通，热声制冷机2的第二次换热器25和谐振装置3的压缩腔34一同与另一个基本单元中的热声制冷机2的第二主换热器21连通。可以看出，热声发动机1和谐振装置3组成外环路结构，热声制冷机2组成的内环路结构，进而形成声功传播的双环路结构。
首先需要说明的是，热声发动机1和热声制冷机2两端的体积流相位差在90度至150度的范围内时，热声发动机1和热声制冷机2的热声转换效率较高。
下面具体说明本实施提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的声功传播路径：
由于热声发动机1的第一主换热器11一端的体积流与第一次换热器15一端的体积流相位差为120度，使得热声发动机1能够获得较高的热声转换效率。
同时，由于相位差是120度，使得热声发动机1和谐振装置3组成的外环路中，热声发动机1中的声功从第一回热器12向第一热缓冲管14方向流动。同样，在热声制冷机2组成的内环路中，热声制冷机2的第二主换热器21一端的体积流领先于第二次换热器25一端的体积流，所以热声制冷机2中的声功也是从第二回热器22向第二热缓冲管24方向流动。
下面具体说明本实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的工作过程：
首先，加热热声发动机1的第一非常温换热器13，当第一非常温换热器13的温度达到临界值后，声功由第一主换热器11进入第一回热器12，声波吸收热量后声功被放大，通过第一热缓冲管14和第一次换热器15进入谐振装置3的膨胀腔33，进而推动活塞32运动，活塞32将声功传递给压缩腔34，声功然后分成两部分，一部分声功进入另一个基本单元中的热声发动机1的第一主换热器11，另一部分声功进入另一个基本单元中的热声制冷机2的第二主换热器21。进入热声制冷机2内声功在第二回热器22内绝大部分被消耗掉，同时产生制冷效应，使热声制冷机2的第二非常温换热器23的温度降低，剩余的声功穿过热声制冷机2的第二热缓冲管24和第二次换热器25反馈给下一基本单元中的热声制冷机2。
通过上述表述可以看出，在本实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统通过加热热声发动机1的第一非常温换热器23产生声功，在热声发动机1和热声制冷机2内发生热声能量转换，能够实现输入热量就可产生制冷效应，与现有技术相比，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统能应用在热能丰富而电能匮乏的区域，适用范围更加广泛。
并且，由于热声发动机1具有第一热缓冲管14和第一次换热器15，通过第一热缓冲管14和第一次换热器15对气体工质的降温冷却作用，使得进入到膨胀腔33内气体工质接近于室温，因此，活塞32可以工作在室温环境下，进而降低了谐振装置3的活塞32加工难度，减少了加工制造成本，同时提高了使用寿命。
需要说明的是，为了配合气体工质相位关系以达到最高工作效率，当基本单元的数量均为三个时，优选要保证活塞32的一个工作表面与其他的工作表面反向。也就是说每个谐振装置3中，必须保证压缩腔34处于被压缩状态时，膨胀腔33处于膨胀状态。优选设置基本单元的数量为三个或四个。
参考图3，图3为本发明第二实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第二实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，在本实施例中，在每个基本单元中，热声发动机1的第一次换热器15与谐振装置3的膨胀腔33连通，热声制冷机2的第二主换热器21与同一基本单元中的热声发动机1的第一主换热器21连通，热声制冷机2的第二次换热器25与另一个基本单元中的热声制冷机2的第二主换热器21连通。可以看出，热声发动机1和谐振装置3组成外环路，热声制冷机2组成的内环路，进而形成声功传播的双环路结构。与第一实施例相比本实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统，进入谐振装置3的声功减少，可以减少活塞32的扫气量，增大活塞32的使用寿命。
同样，本实施例中，基本单元的数量优选为三个或四个。需要说明的是，当基本单元的数量为四个时，活塞32的工作表面的方向可以相同也可以相反，也就是说，谐振装置3中压缩腔34被压缩时，膨胀腔33可以同时被压缩或被膨胀。
理由是，如果压缩腔34被压缩时，膨胀腔33也被压缩，热声制冷机2两端的体积流相位差是90度。如果压缩腔34被压缩时，膨胀腔33也被压缩，热声制冷机2两端的体积流相位差也是90度，也就是说无论如何布置压缩腔34和膨胀腔33，热声制冷机2两端的体积流相位差都是90度，双作用热驱动行波热声制冷系统的工作性能相同。
显然，本实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统也具有上述第一种实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统的技术效果，在此不再赘述。
参考图4，图4为本发明第三实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第三实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，在本实施例中，双作用热驱动行波热声制冷系统具有四个基本单元，谐振装置3包括U型管35和其内部的U型液柱36，膨胀腔33和压缩腔34位于U型管35的两端。
本实施例中的谐振装置3采用U型管35和U型液柱36形成膨胀腔33和压缩腔34，该谐振装置3还可以应用于本发明其他实施例中具有一个膨胀腔33和一个压缩腔34的结构中。
参考图5，图5为本发明第四实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第四实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例和第二实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，谐振装置3的气缸31和活塞22的形状为相互匹配的二级阶梯结构，谐振装置3的内腔包括压缩腔34、第一膨胀腔331和第二膨胀腔332。
压缩腔34为活塞32的平面侧与气缸31形成的密封腔，一个基本单元中的压缩腔34与另一个基本单元中热声发动机1和热声制冷机2的第一主换热器11和第二主换热器21连通。
第一膨胀腔331为气缸31和活塞32的阶梯侧的第一阶梯层处形成的密封腔，在每个基本单元中，第一膨胀腔331与同一基本单元中热声制冷机2的第二次换热器25连通，形成内环路结构。
第二膨胀腔332为气缸31和活塞32的第二阶梯侧形成的密封腔，在每个基本单元中，第二膨胀腔332与同一基本单元中热声发动机1的的第一次换热器15连通，形成外环路结构。
显然，本实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统也具有上述第一种实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统的技术效果，在此不再赘述。
参考图6，图6为本发明第五实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第五实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例和第二实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，基本单元的数量为四个，谐振装置3的气缸31和活塞32的形状为相互匹配的三级阶梯结构，谐振装置3的内腔包括压缩腔34、第一膨胀腔331、第二膨胀腔332和缓冲腔37。
压缩腔34为气缸31和活塞32的阶梯侧的第一阶梯层处形成的密封腔，一个基本单元中的压缩腔34与另一个基本单元中热声发动机1和热声制冷机2的第一主换热器11和第二主换热器21连通。
第一膨胀腔331为气缸31和活塞32的阶梯侧的第二阶梯层处形成的密封腔，在每个基本单元中，第一膨胀腔331与同一基本单元中热声制冷机2的第二次换热器25连通，形成内环路结构。
第二膨胀腔332为气缸31和活塞32的第三阶梯侧形成的密封腔，在每个基本单元中，第二膨胀腔332与同一基本单元中热声发动机1的的第一次换热器15连通，形成外环路结构。
缓冲腔37为的活塞32平面侧与气缸31形成的密封腔，缓冲腔37具有气体弹簧的作用，可以调节双作用热驱动行波热声制冷系统的工作频率，使其具有更好的工作性能。
显然，本实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统也具有上述第一种实施例中的双作用热驱动行波热声制冷系统的技术效果，在此不再赘述。
参考图7，图7为本发明第六实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第六实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，每个基本单元中，热声发动机1的第一次换热器15与谐振装置3的膨胀腔33连通，热声发动机1的第一主换热器11与同一基本单元中的热声制冷机2的第二次换热器25连通，并且热声制冷机2的第二主换热器21与另一基本单元的谐振装置3的压缩腔34连通，进而形成声功传播的单环路结构。
参考图8，图8为本发明第七实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第七实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，每个基本单元中，热声制冷机2的第二次换热器25与谐振装置3的膨胀腔33连通，热声制冷机2的第二主换热器21与同一基本单元中的热声发动机1的第一次换热器15连通，并且热声发动机1的第一主换热器11与另一基本单元的谐振装置3的压缩腔34连通，进而形成声功传播的单环路结构。
参考图9，图9为本发明第八实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统的结构示意图。
在第八实施例中，本发明提供的双作用热驱动行波热声制冷系统与第一实施例提供的双作用热驱动行波热声制冷系统结构基本相同，区别点在于，基本单元的数量为五个，谐振装置3的气缸31和活塞32的形状为相互匹配的二级阶梯结构，谐振装置3的内腔包括压缩腔34、膨胀腔33和缓冲腔37。
压缩腔34为气缸31和活塞32的阶梯侧的第一阶梯层处形成的密封腔，膨胀腔33为气缸31和活塞32的阶梯侧的第二阶梯层处形成的密封腔。
缓冲腔37为的活塞32平面侧与气缸31形成的密封腔，缓冲腔37具有气体弹簧的作用，可以调节双作用热驱动行波热声制冷系统的工作频率，使其具有更好的工作性能。
在本实施例中，每个基本单元中，热声发动机1的第一次换热器15与谐振装置3的膨胀腔33连通，热声发动机1的第一主换热器11与同一基本单元中的热声制冷机2的第二次换热器25连通，并且热声制冷机2的第二主换热器21与另一基本单元的谐振装置3的压缩腔34连通，进而形成声功传播的单环路结构。
需要说明的是，当基本单元的数量为五个或者大于五个时，优选活塞32的工作表面的方向相同，也就是说，压缩腔34和膨胀腔33必须同时被压缩或同时被膨胀，如果一个被压缩另一个被膨胀，就会降低热声制冷机1和热声发动机2的热声能量的转换效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、非常温换热器、热缓冲管和次换热器；
所述谐振装置包括封闭的壳体，所述壳体中设置有往复运动的活动部件，所述活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；
每个所述热声发动机和所述热声制冷机的主换热器和次换热器分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的双环路结构。
2.根据权利要求1所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述壳体和所述运动部件为圆筒形结构的气缸和圆柱体结构的活塞，所述内腔的数量为两个，所述内腔形成在所述活塞的两侧。
3.根据权利要求1所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述壳体为U型管结构，所述活动部件为所述壳体内的U型液柱；所述内腔的数量为两个，所述内腔形成在所述U型液柱的两端。
4.根据权利要求1所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述壳体和所述活动部件具体为形状相互匹配的阶梯结构的气缸和活塞；所述内腔形成在所述活塞阶梯侧的各阶梯层处以及所述活塞的平面侧。
5.根据权利要求4所述的热声制冷系统，其特征在于：所述阶梯结构为二级阶梯结构或三级阶梯结构。
6.一种双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于，具有至少三个基本单元，每个所述基本单元包括热声发动机、热声制冷机和谐振装置，所述热声发动机和所述热声制冷机包括依次连通的主换热器、回热器、第二换热器、热缓冲管和次换热器；
所述谐振装置包括封闭的壳体，所述壳体中设置有往复运动的活动部件，所述活动部件将所述壳体分隔出至少两个内腔；
每个所述基本单元中的热声发动机的主换热器与热声制冷机的次换热器连通，或者每个所述基本单元中的热声发动机的次换热器与热声制冷机的主换热器连通，每个所述基本单元中的热声发动机和热声制冷机的另外两端分别与不同壳体的内腔连通，形成气体工质流动的单环路结构。
7.根据权利要求6所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述壳体和所述运动部件为圆筒形结构的气缸和圆柱体结构的活塞，所述内腔的数量为两个，所述内腔形成在所述活塞的两侧。
8.根据权利要求6所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述壳体为U型管结构，所述活动部件为所述壳体内的U型液柱；所述内腔的数量为两个，所述内腔形成在所述U型液柱的两端。
9.根据权利要求6所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述壳体和所述活动部件为形状相互匹配的阶梯结构的气缸和活塞；所述内腔形成在所述活塞阶梯侧的各阶梯层处以及所述活塞的平面侧。
10.根据权利要求9所述的双作用热驱动行波热声制冷系统，其特征在于：所述阶梯结构为二级阶梯结构或三级阶梯结构。
CN201110103954.1A 2011-04-01 2011-04-25 一种双作用热驱动行波热声制冷系统 Active CN102734975B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110103954.1A CN102734975B (zh) 2011-04-01 2011-04-25 一种双作用热驱动行波热声制冷系统
PCT/CN2012/073385 WO2012130169A1 (zh) 2011-04-01 2012-03-31 一种双作用热驱动行波热声制冷系统
EP12763287.5A EP2781856A4 (en) 2011-04-01 2012-03-31 THERMOACOUSTIC REFRIGERATION SYSTEM WITH PROGRESSIVE WAVES WITH THERMAL DRIVE AND TWO FUNCTIONS
US14/192,814 US9453663B2 (en) 2011-04-01 2014-02-27 Heat-actuated double-acting traveling-wave thermoacoustic refrigeration system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110082320.2 2011-04-01
CN201110082320 2011-04-01
CN201110103954.1A CN102734975B (zh) 2011-04-01 2011-04-25 一种双作用热驱动行波热声制冷系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102734975A CN102734975A (zh) 2012-10-17
CN102734975B true CN102734975B (zh) 2014-04-02

Family

ID=46929486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110103954.1A Active CN102734975B (zh) 2011-04-01 2011-04-25 一种双作用热驱动行波热声制冷系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9453663B2 (zh)
EP (1) EP2781856A4 (zh)
CN (1) CN102734975B (zh)
WO (1) WO2012130169A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104048445B (zh) * 2013-03-14 2016-01-06 中国科学院理化技术研究所 一种无惯性管和气库的低温热声制冷机
CN103670976A (zh) * 2013-12-11 2014-03-26 中国科学院理化技术研究所 一种同时利用冷源和热源的热声发动机系统
CN103808064B (zh) * 2014-02-14 2016-09-14 中国科学院理化技术研究所 一种环形声学共振型热驱动热声制冷系统
CN103759464B (zh) * 2014-02-20 2016-05-18 中国科学院理化技术研究所 一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统
NL2013939B1 (en) 2014-12-08 2016-10-11 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Thermo-acoustic heat pump.
CN104895751B (zh) * 2015-04-10 2017-07-14 中国科学院理化技术研究所 一种单一输出的多级行波热声发动机系统
CN105276855B (zh) * 2015-11-17 2018-07-24 中国科学院理化技术研究所 一种环路多级行波热驱动制冷系统
CN105649904B (zh) * 2016-02-03 2019-02-01 同济大学 一种热声发动机装置
CN113864144B (zh) * 2020-06-30 2023-06-27 中国科学院理化技术研究所 热声系统
CN113864143B (zh) * 2020-06-30 2023-06-27 中国科学院理化技术研究所 热声系统
CN114688759B (zh) * 2020-12-29 2024-03-15 中国科学院理化技术研究所 一种气液热声转换系统
CN114687882B (zh) * 2020-12-29 2024-06-18 中国科学院理化技术研究所 一种环路型气液耦合热声系统
CN114688758B (zh) * 2020-12-29 2024-03-15 中国科学院理化技术研究所 一种利用低品位热能的热声制冷系统
CN115031443B (zh) * 2022-04-29 2023-10-27 中国科学院理化技术研究所 多级热声热驱动系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100366991C (zh) * 2003-03-26 2008-02-06 学校法人同志社 冷却装置
CN101706169A (zh) * 2009-11-16 2010-05-12 浙江大学 一种热声驱动的热耦合型两级脉管制冷系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2902159B2 (ja) * 1991-06-26 1999-06-07 アイシン精機株式会社 パルス管式冷凍機
JP4652821B2 (ja) * 2005-01-07 2011-03-16 学校法人同志社 熱音響装置
CN100545449C (zh) * 2007-04-25 2009-09-30 中国科学院理化技术研究所 利用变温热源的热声发动机系统
US8375729B2 (en) * 2010-04-30 2013-02-19 Palo Alto Research Center Incorporated Optimization of a thermoacoustic apparatus based on operating conditions and selected user input

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100366991C (zh) * 2003-03-26 2008-02-06 学校法人同志社 冷却装置
CN101706169A (zh) * 2009-11-16 2010-05-12 浙江大学 一种热声驱动的热耦合型两级脉管制冷系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012130169A1 (zh) 2012-10-04
EP2781856A1 (en) 2014-09-24
EP2781856A4 (en) 2016-03-16
US9453663B2 (en) 2016-09-27
CN102734975A (zh) 2012-10-17
US20140174102A1 (en) 2014-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102734975B (zh) 一种双作用热驱动行波热声制冷系统
CN102734097B (zh) 一种双作用多级行波热声系统
CN104807234B (zh) 一种热驱动低温制冷机系统
CN103089480B (zh) 自由活塞斯特林热机
CN101275541B (zh) 热声行波发动机及其应用
CN103114941B (zh) 一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机系统
CN103353184B (zh) 一种直线型双作用制冷系统
CN102734098B (zh) 一种双作用单级行波热声系统
CN105066500A (zh) 一种热驱动脉冲管制冷机系统
CN104457009A (zh) 一种采用混合结构的低温脉冲管制冷机
CN103225570B (zh) 一种发电机与制冷机耦合的双斯特林机
CN104006564A (zh) 一种脉管制冷机
CN103047789A (zh) 一种带动质量模块调相装置的斯特林型脉冲管制冷机
CN104786864A (zh) 一种采用热声发电机的增程式电动汽车系统
CN105370434B (zh) 一种自由活塞斯特林机装置
CN103808064A (zh) 一种环形声学共振型热驱动热声制冷系统
JP2009236456A (ja) パルス管型蓄熱機関
CN104653330A (zh) 一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置
CN103759464B (zh) 一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统
CN103411359B (zh) 一种可调式双作用行波热声系统
CN1743767A (zh) 同轴式行波热声驱动制冷系统
CN102889152A (zh) 采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机
CN103670976A (zh) 一种同时利用冷源和热源的热声发动机系统
CN103161712A (zh) 一种双作用热声压缩机系统
CN202832851U (zh) 采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ZHONGKE LIHAN (SHENZHEN) CRYOGENIC TECHNOLOGY CO.,

Free format text: FORMER OWNER: ZHONGKE LIHAN (SHENZHEN) THERMOACOUSTIC TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20140812

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20140812

Address after: 518055, Guangdong, Shenzhen, Nanshan District Taoyuan Street Victoria private science and Technology Park 3, 1 floor, east 2

Patentee after: In the letter of Keli (Shenzhen) Cryogenic Technology Co.

Address before: 518055, No. 505, Pioneer Park, University Town, Taoyuan Li Shan Road, Shenzhen, Guangdong, Nanshan District

Patentee before: Shenzhen Zhongke Lihan Thermoacoustic Technology Engineering Research Center Co., Ltd.

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Difunctional thermally driven traveling wave thermal acoustic refrigeration system

Effective date of registration: 20180628

Granted publication date: 20140402

Pledgee: Shenzhen SME financing Company limited by guarantee

Pledgor: In the letter of Keli (Shenzhen) Cryogenic Technology Co.

Registration number: 2018990000505

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right