CN1158498C - 新型热声冰箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型热声冰箱，它具有热声驱动器、脉管制冷机、载冷系统及冰箱箱体；所说的热声驱动器依次具有消声气库、热端废热烟气加热器、丝网型板叠、风冷冷却器及谐振管；所说的脉管制冷机为同轴型或U型单级脉管制冷机，它依次具有气库、小孔阀、双向进气阀、脉管、回热器及冷端换热器；所说的载冷系统及冰箱箱体依次具有热交换器、热管、载冷剂管道、冷藏室换热器、冰箱壳体、冷藏箱、泵；在载冷剂管道外侧包裹有绝热材料。这种新型热声冰箱利用低品位的废热作为动力源，通过采用对环境友好的天然工质的热声驱动器驱动脉管制冷机制冷。它具有结构简单，运行可靠，寿命长，成本低廉，整机完全没有运动部件等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型热声冰箱。
背景技术
热声驱动器是一种利用热声效应将热能转变为机械能的新型机械。所说的热声效应就是处于声场中的固体介质与振荡流体之间相互作用，在距固体壁面一定范围内产生沿声传播方向的时均热流，同时产生声功的现象。根据热声振荡原理研制成的热声驱动器，采用精心制作的声学管道来提供所需的相位，系统中除气体的声振动以外没有任何运动部件，无需滑动密封，不存在需要精密公差配合和润滑的机械部件。采用的工质一般为氦气或某些惰性气体的混合物，既不消耗臭氧，也不会引起温室效应，具有极高的环保价值。热声驱动器可不用电能，而是采用燃气废热、太阳能等低品位热能驱动，这不仅为合理利用低品位能源，提高系统的热力学效率开辟了新的途径，而且对于那些缺乏电能的场合更具有实际意义。
与热声驱动器配套的脉管制冷机利用交变流动的高低压气流对脉管空腔的充气和放气过程来获得制冷效应。这种新型制冷机的低温区也没有任何运动部件。因此，用热声驱动器代替常规机械压缩机来驱动脉管制冷机是一种理想的选择，它是真正的从室温端到低温端完全无运动部件的新型制冷机。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的热声冰箱。
它具有依次连接的热声驱动器、脉管制冷机、载冷系统及冰箱箱体；所述的热声驱动器具有依次连接的消声气库、热端废热烟气加热器、丝网型板叠、风冷冷却器及谐振管；所述的脉管制冷机为同轴型或U型单级脉管制冷机，它具有依次连接的气库、小孔阀、双向进气阀、脉管、回热器及冷端换热器；所述的载冷系统及冰箱箱体具有依次连接的热交换器、热管、载冷剂管道、冷藏室换热器、冰箱壳体、冷藏箱、泵；在载冷剂管道外侧包裹有绝热材料。
本发明经反复的实验结果表明，在加热温度为550℃下，采用氮气和氦气为工质时分别获得了1.1和1.06的最大压比以及25Hz和70Hz的工作频率，成功地实现了热声转换过程。用它驱动单级脉管制冷机的试验表明，采用氦做工质能稳定获得-150℃的无负荷最低制冷低温，为实际应用创造了条件。
跟常规的冰箱相比，新型热声冰箱以热声驱动器取代了常规的机械压缩机，以脉管制冷机取代了常规的制冷部件，实现了整机无运动部件，结构紧凑，运行可靠，大大增加了冰箱的使用寿命，而且没有噪音。新型热声冰箱不再消耗电能，而是充分利用低品位的热能来实现制冷目的。火车内燃机的排气温度高达550℃、功率在15KW以上，电厂燃气发电机的排气温度和功率则更高，完全能满足热声驱动脉管制冷机的工作要求，是一个理想的应用场合。制成的新型热声冰箱正好用来改善机车车厢内的工作条件，它在-18℃左右有100W的制冷量即可正常工作，实现了降低成本，节约能源，提高系统的热效率的目的。同时，新型热声冰箱采用对环境友好的天然工质(如氦气)，从而避免了常规冰箱的制冷剂氟里昂对臭氧层的破坏。
附图说明
图1是热声冰箱结构示意图；
图2是热声驱动器高温热管换热器结构示意图；
图3是脉管冷端热管换热器结构示意图；
具体实施方式
如图1所示，新型的热声冰箱具有依次连接的热声驱动器、脉管制冷机、载冷系统及冰箱箱体；所述的热声驱动器具有依次连接的消声气库1、热端废热烟气加热器2、丝网型板叠3、风冷冷却器4及谐振管5；所述的脉管制冷机为同轴型或U型单级脉管制冷机，它具有依次连接的气库6、小孔阀7、双向进气阀8、脉管9、回热器10及冷端换热器11；所述的载冷系统及冰箱箱体具有依次连接的热交换器12、热管13、载冷剂管道14、冷藏室换热器15、冰箱壳体16、冷藏箱17、泵18；在载冷剂管道外侧包裹有绝热材料20。
如图2示，热端废热烟气加热器2为不锈钢制汞介质热管束的气—气热管换热器，它具有依次连接的热管冷凝段21、中隔板22、热管蒸发段23和谐振管通道24。其工质选用汞(凝固点234.K，正常沸点629.8K，临界点1735K)。热管13采用炭钢制氨工质标准热管。载冷系统的载冷剂采用MgCl2水溶液19。热声驱动器采用U型对称结构，长度为1.2-1.5米，谐振管直径为0.07-0.08米，采用不锈钢材料作外壳。
热声冰箱的工作原理是：将500℃左右的废热烟气25流过热声驱动器高温端热管换热器2，把热量传给热声驱动器板叠3的热端，使板叠热端温度维持在450℃左右。而板叠冷端则通过风冷冷却器4带走热量，温度处在90℃左右。由此在热声板叠3中建立起一个温度梯度，满足了热声振荡的基本要求。使驱动器腔体内的工作介质(氦氩惰性气体混合工质)产生热声振荡，输出压力波，驱动脉管制冷机，就可在一定温度位产生所需的制冷量。同时，在脉管制冷机的冷头11外侧设置与之同轴的热管凝结段套管13，如图3所示，将冷量传给热管的工作介质。通过热管中工作介质的相变再将冷量从冷凝端导到蒸发段。在蒸发段处设置外扩展铜翅片的换热器，冷却循环载冷剂。最后由载冷剂冷却待冷空间——冰箱冷藏箱17。其中所用的热管属中低温型圆管状的标准热管，由冷凝段26、绝热段27、蒸发段28三段构成，工质选用氨(凝固点195K，正常沸点239.7K，临界点405.3K)，壳体材质选用与工质相容的碳钢。
Claims (5)
1、一种新型的热声冰箱，其特征在于它具有依次连接的热声驱动器、脉管制冷机、载冷系统及冰箱箱体；所述的热声驱动器具有依次连接的消声气库(1)、热端废热烟气加热器(2)、丝网型板叠(3)、风冷冷却器(4)及谐振管(5)；所述的脉管制冷机为同轴型或U型单级脉管制冷机，它具有依次连接的气库(6)、小孔阀(7)、双向进气阀(8)、脉管(9)、回热器(10)及冷端换热器(11)；所述的载冷系统及冰箱箱体具有依次连接的热交换器(12)、热管(13)、载冷剂管道(14)、冷藏室换热器(15)、冰箱壳体(16)、冷藏箱(17)、泵(18)；在载冷剂管道外侧包裹有绝热材料(20)。
2、根据权利要求1所述的一种新型的热声冰箱，其特征在于所述的热端废热烟气加热器(2)为不锈钢制汞介质热管束的气—气热管换热器，它具有依次连接的热管冷凝段(21)、中隔板(22)、热管蒸发段(23)和谐振管通道(24)。
3、根据权利要求1所述的一种新型的热声冰箱，其特征在于所述的热管(13)采用炭钢制氨工质标准热管。
4、根据权利要求1所述的一种新型的热声冰箱，其特征在于所述的载冷系统的载冷剂采用MgCl2水溶液(19)。
5、根据权利要求1所述的一种新型的热声冰箱，其特征在于所述的热声驱动器采用U型对称结构，长度为1.2-1.5米，谐振管直径为0.07-0.08米，采用不锈钢材料作外壳。
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