CN1584447A - 一种汽液两相热声制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种汽液两相热声制冷装置，包括腔体和固定在腔体内的冷却器、热声片和蒸发器，冷却器和蒸发器分别固定在腔体的上端和下端，且冷却器和蒸发器的中部位于腔体内，两端位于腔体外，在腔体内冷却器的上端还设置有与驱动电机相连接的活塞。由于本发明在腔体上部设置有与驱动电机相连接的活塞，通过活塞的上下往复运动激励腔体内流体产生周期性的受迫热声运动，由于液相不断的闪蒸以及汽液两相之间的质量、动量和能量交换，使腔体的两相工质不再处于分层状态，而是呈现出比较均匀的泡沫状流型，通过降低冷却器区域的温度，可以在蒸发器区域达到较低温度，从而实现制冷过程。

Description

一种汽液两相热声制冷装置

技术领域

本发明属于空气调节及制冷技术领域，具体涉及到利用机械能通过工质的汽液相变过程实现制冷的汽液两相热声制冷装置。

背景技术

制冷装置广泛应用于工业流程及日常生活，在现代文明中发挥着重要作用。但其制冷过程要消耗大量的能量，且其装置复杂，造价高。因此，开发高效、简单、廉价的制冷装置，是目前需要迫切解决的问题。热声是早已为人们所认识到的一种物理现象，流体工质与固体之间的相互作用可实现机械能和热能之间的直接转换。因此，基于热声过程的热能动力装置，包括热声发动机和热声制冷装置，都具有结构简单紧凑，体积小，造价低等优点。但是，现有的热声制冷装置出力小，效率低，影响了其实际应用。其主要原因是这些装置使用单相气体作为工质，密度小，传热系数低，限制了其功率和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，能够提高热声制冷装置的出力和效率的汽液两相热声制冷装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括腔体和固定在腔体内的冷却器、热声片和蒸发器，其特点是，冷却器和蒸发器分别固定在腔体的上端和下端，且冷却器和蒸发器的中部位于腔体内，两端位于腔体外，在腔体内冷却器的上端还设置有与驱动电机相连接的活塞。

本发明的另一特点是：冷却器、热声片和蒸发器分别由间距相等的平行板构成，其间距为热声片高度的0.05-0.1倍；冷却器和蒸发器分别由金属材料制成且其高度为热声片高度的0.4-0.6倍；热声片由非金属材料制成；活塞还可以通过弹簧与电磁铁相连，电磁铁又与交流电源相联接。

本发明的腔体内还可以设置一由金属丝编制的三维网格形状的传质强化元件，且在腔体的上、下端还可分别开设有热水出口和冷水出口以及入水口。

由于本发明在腔体上部设置有与驱动电机相连接的活塞，通过活塞的上下往复运动激励腔体内流体产生周期性的受迫热声运动，由于液相不断的闪蒸以及汽液两相之间的质量、动量和能量交换，使腔体的两相工质不再处于分层状态，而是呈现出比较均匀的泡沫状流型，通过降低冷却器区域的温度，可以在蒸发器区域达到较低温度，从而实现制冷过程。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图，其中图1(a)是实施例1的主视图，图1(b)是图1(a)的左视图：

图2是本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

实施例1，参见图1(a)，本发明包括腔体3和从上至下依次固定在腔体3内的由间距相等的平行板构成的冷却器5、热声片6和蒸发器7，相邻两块平行板构成了流体工质通道，其间距为热声片6高度的0.05-0.1倍。参见图1(b)冷却器5由导热性能好的金属片组成，中间部分位于腔体3内部，两端处于某种冷却介质中；其作用是排出制冷过程中产生的热量。蒸发器7由导热性能良好的金属片组成，两端部分伸出腔体外，输出制冷量，且冷却器5和蒸发器7高度为由非金属材料制成的热声片6高度的0.4-0.6倍。热声片6的作用为：与流体工质之间的热量交换起到回热的作用；对流体工质的运动产生适当的阻力以加强热声过程。腔体3内冷却器5的上端还设置有通过牵引转轴2与驱动电机1相连接的活塞4。活塞4处于静止状态时，由于重力的作用，液相处于腔体3下部，蒸汽相处于腔体3上部。如果没有加热和冷却，腔体3内的汽液两相处于热力学平衡状态，其温度相等，蒸汽的压力等于其温度对应的饱和压力。其具体工作过程为：牵引转轴2在驱动电机1的带动下绕定点旋转，使得活塞4在腔体3内上下往复循环运动。在一个循环周期内，活塞4处于最低位时，腔体3内压力最大；此后活塞4迅速向上运动使得腔体3内压力急剧下降，导致液相工质闪蒸，闪蒸出的气泡带走潜热，使得液相工质温度降低。当活塞4处于最高位时，腔体3内压力最低；此后活塞4迅速向下运动，使得腔体3内压力急剧增大，部分气泡液化，从而将汽化潜热传递给汽相工质，使其温度进一步升高。由于活塞4不停往复运动，从而使得腔体3上部温度逐步升高，而下部温度不停降低。当活塞4的运动频率与两相流体工质的故有频率相同时，便会产生共振，流体的热声运动最强，此时的制冷效果最佳。通过外部措施控制冷却器5的温度，可以在蒸发器7部分输出足够的制冷量。

实施例2：参见图2，本实施例在腔体3内设置一由金属丝编制的三维网格形状的传热强化元件11，且在腔体3的上、下端开设有热水出口10和冷水出口12以及入水口13，活塞4通过弹簧9与电磁铁8相连，电磁铁8又与交流电源相联接，由于交流电源对电磁铁8交替送电，在电磁铁8的周围交替产生磁场，活塞4在磁场和弹簧9的作用下沿腔体3上、下运动，在传热强化元件11的作用下使由入水口13进入腔体3内的水产生变化，热水由热水出口10排出，冷水由冷水出口12排出。

Claims (6)

1、一种汽液两相热声制冷装置，包括腔体[3]和固定在腔体[3]内的冷却器[5]、热声片[6]和蒸发器[7]，其特征在于：冷却器[5]和蒸发器[7]分别固定在腔体[3]的上端和下端，且冷却器[5]和蒸发器[7]的中部位于腔体[3]内，两端位于腔体[3]外，在腔体[3]内冷却器[5]的上端还设置有与驱动电机[1]相连接的活塞[4]。

2、根据权利要求1所述的汽液两相热声制冷装置，其特征在于：所说的冷却器[5]、热声片[6]和蒸发器[7]分别由间距相等的平行板构成，其间距为热声片[6]高度的0.05-0.1倍。

3、根据权利要求1所述的汽液两相热声制冷装置，其特征在于：所说的冷却器[5]和蒸发器[7]分别由金属材料制成且其高度为热声片[3]高度的0.4-0.6倍。

4、根据权利要求1所述的汽液两相热声制冷装置，其特征在于：所说的热声片[6]由非金属材料制成。

5、根据权利要求1所述的汽液两相热声制冷装置，其特征在于：所说的活塞[4]还可以通过弹簧[9]与电磁铁[8]相连，电磁铁[8]又与交流电源相联接。

6、根据权利要求1所述的汽液两相热声制冷装置，其特征在于：所说的腔体[3]内还可以设置一由金属丝编制的三维网格形状的传质强化元件[11]，且在腔体[3]的上、下端还可分别开设有热水出口[10]和冷水出口[12]以及入水口[13]。

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