CN201703227U - 汽车的热声制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种汽车的热声制冷装置，包括：汽车尾气余热加热器、声容管、热缓冲管、喷射泵、热声回热端冷却器、热声回热器、导流冷却器、反馈管、防直流弹性隔膜、谐振腔、谐振腔隔膜，谐振腔、脉管、预冷器、制冷回热器、脉管冷端换热器、脉管热端换热器、气管、气库和调节阀。其优点是：上述热声制冷装置的应用不仅可以降低排入大气中的尾气温度，而且避免现有汽车制冷剂泄露引起的温室效应以及对臭氧层的破坏，对环境起到更有效地保护作用，可以大大节约汽车的能耗，避免了小排量汽车由于开汽车空调而出现的动力不足等问题。

Description

汽车的热声制冷装置 
技术领域
本实用新型涉及到一种热声制冷装置，尤其涉及一种使用斯特林型发动机汽车中的热声制冷装置。 
背景技术
随着近几年汽车业的发展，尤其是轿车的产量得到快速增长，使得汽车零部件行业也得到了飞速发展，汽车空调作为提高汽车乘坐舒适性的一种重要部件已被广大汽车制造企业及消费者所认可，目前在国内，国产轿车空调装置率已接近100％，在其它车型上的装置率也在逐年提高，汽车空调装置已成为汽车中具有举足轻重的功能部件。随之而来，国内汽车空调生产企业的产销量也在快速增长，据不完全统计，在2003年时，全国就年生产汽车空调610万套，销售255万套。汽车在使用过程中会有大量的尾气排出，巨大的汽车尾气排放量意味着巨大的能量浪费，因为汽车排放的尾气温度最高可以达到500℃～600℃，因此，排入大气中的尾气废热是十分惊人的。如何回收汽车尾气中的巨大能量是一个十分值得研究的课题。 
众所周知，一般汽车都需要安装制冷系统，尤其在夏季，需要对车内的空 气进行制冷。目前，现有的汽车空调都是使用汽车发动机或者辅助发动机作为动力的蒸汽压缩式制冷系统，这种制冷系统存在以下几个方面的问题： 
1、由于把发动机的部分动力用于空调压缩机，使的油耗平均增加16％～20％。 
2、由于发动机的部分动力用于了压缩机，使的发动机输出功率减少10％～12％，因而造成动力源的配置方面的一些问题，在一些小排量汽车中尤为明显。 
3、汽车空调的工质对环境的破坏。早期汽车空调的工质常用CFC12，这种工质不仅会破坏臭氧层，而且能引起温室效应，根据《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔协议》已经逐步减少和禁止其使用。其替代产品HFC134a也是一种能导致温室效应气体，且价格比CFC12贵3～5倍，在全球变暖的威胁下，其使用范围在未来必将受到限制。 
根据以上分析，如果能利用废热作为动力进行汽车空调制冷，具有十分积极的作用，也是实现汽车节能的一个有益的途径。目前废热回收型的制冷方法一般有吸收式制冷和吸附式制冷两种方法。吸收式制冷尽管拥有无ODP和GWP问题的困扰、机械运转部件少、消耗电力少、自平衡能力强、噪声频谱可接受以及机械加工量少，难度小等优点，但同时也存在操作维护比较复杂、对真空度要求十分严格，易出现冷量衰减、停机和启动时间长、有结晶危险、相同容量下机组重量和尺寸较大、只能是单蒸发温度、变工况特性较差等缺点；吸附 式制冷尽管拥有采用非氟氯烃类物质作为制冷剂、系统中很少使用运动部件、具有节能、环保、结构简单、无噪音、运行稳定可靠等突出优点，但吸附式制冷系统暂时尚无法很好的克服COP值偏低、制冷量相对较小、体积较大等固有的缺点，此外其冷量冷输出的连续性、稳定性和可控性较差也使其目前不能满足空调用冷的要求。由上述分析可知，这两种制冷方式存在体积大、制冷效率低等问题，因而影响其在汽车空调领域的应用。由于汽车尾气的温度最高可以达到500℃～600℃，这个温度区域正好为斯特林型热声发动机的工作温度区。因此可以利用斯特林型热声发动机来吸收汽车尾气的余热来产生动力。然后推动斯特林型的脉管制冷机来制冷，从而实现对车内的空气进行调节。 
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种利用汽车的高温尾气对热声发动机的工质进行加热，然后使其周期性压缩和膨胀对外输出动力的热声制冷装置。 
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：汽车的热声制冷装置，包括：与汽车排气管相连接的汽车尾气余热加热器，在汽车尾气余热加热器的两端两侧上分别设置有声容管和热缓冲管，在声容管的一端与汽车尾气余热加热器之间依次设置有喷射泵、热声回热端冷却器和热声回热器，在热缓冲管上设置有导流冷却器，声容管的另一端与反馈管的一端相连接，在声容管 与反馈管之间设置有防直流弹性隔膜，反馈管的另一端与谐振腔相连接，在反馈管与谐振腔之间设置有谐振腔隔膜，谐振腔与脉管相连接，在谐振腔与脉管之间依次设置有预冷器、制冷回热器和脉管冷端换热器，在脉管的下端设置有脉管热端换热器，脉管热端换热器通过气管与气库相连接，在气管上设置有调节阀。 
本实用新型的优点是：上述结构的汽车的热声制冷装置，是利用汽车的高温尾气对热声发动机的工质进行加热，然后使其周期性压缩和膨胀对外输出动力，空调系统的制冷机采用斯特林型的脉管制冷机与其相互配合，上述热声制冷装置的应用不仅可以降低排入大气中的尾气温度，而且避免现有汽车制冷剂泄露引起的温室效应以及对臭氧层的破坏，对环境起到更有效地保护作用，可以大大节约汽车的能耗，避免了小排量汽车由于开汽车空调而出现的动力不足等问题。 
附图说明
图1为本实用新型汽车的热声制冷装置的结构示意图。 
图中：1、汽车排气管，2、汽车尾气余热加热器，3、声容管，4、热缓冲管，5、喷射泵，6、热声回热端冷却器，7、热声回热器，8、导流冷却器，9、反馈管，10、防直流弹性隔膜，11、谐振腔，12、谐振腔隔膜，13、脉管，14、预冷器，15、制冷回热器，16、脉管冷端换热器，17、脉管热端换热器，18、 气管，19、气库，20、调节阀。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述一下本实用新型的具体内容。 
如图1所示，汽车的热声制冷装置，包括：与汽车排气管1相连接的汽车尾气余热加热器2，在汽车尾气余热加热器2的两端两侧上分别设置有声容管3和热缓冲管4，在声容管3的一端与汽车尾气余热加热器2之间依次设置有喷射泵5、热声回热端冷却器6和热声回热器7，在热缓冲管4上设置有导流冷却器8，声容管3的另一端与反馈管9的一端相连接，在声容管3与反馈管9之间设置有防直流弹性隔膜10，反馈管9的另一端与谐振腔11相连接，在反馈管9与谐振腔11之间设置有谐振腔隔膜12，谐振腔11与脉管13相连接，在谐振腔11与脉管13之间依次设置有预冷器14、制冷回热器15和脉管冷端换热器16，在脉管13的下端设置有脉管热端换热器17，脉管热端换热器17通过气管18与气库19相连接，在气管18上设置有调节阀20。 
如图1所示，上述汽车的热声制冷装置的工作原理如下：高温汽车尾气在汽车尾气余热加热器2中与系统中的气体工质进行热交换，将气体工质温度升高，由于热声回热器7中填充径向导热系数较大而轴向热阻较大的丝网等材料。因此可以在热声回热器7中建立起相应的温度梯度，与此同时热声回热端冷却器6能不断将从热声回热器7热端传导过来热量带走，因此有利热声回热器7 中温度梯度建立和增强，也正因为热声回热器7中的温度梯度的存在，导致系统气体工质产生网交运动，并对外输出声功，传统的行波热声发动机必须有一个尺寸较长的谐振直管和一个容积较大的谐振腔，其目的是为了在行波环路上耦合一个驻波分量以控制系统的频率和调相，本实用新型通过两侧对称环路来实现对系统频率的控制以及调相，这样可以得到更大的转化效率和声功输出。两端不同相位的气体工质通过谐振腔隔膜12传递到谐振腔11，两行振动动波在谐振腔11中发生迭加和谐振，产生更强烈的振荡，振荡的气体工质分别在脉管13的冷端和热端产生冷量和热量，这样就可以根据具体的需要将冷端的冷量或热端的热量引入车内，实现车内的气体调节。 
上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的保护范畴。 

Claims (1)

1.汽车的热声制冷装置，其特征在于：包括：与汽车排气管(1)相连接的汽车尾气余热加热器(2)，在汽车尾气余热加热器(2)的两端两侧上分别设置有声容管(3)和热缓冲管(4)，在声容管(3)的一端与汽车尾气余热加热器(2)之间依次设置有喷射泵(5)、热声回热端冷却器(6)和热声回热器(7)，在热缓冲管(4)上设置有导流冷却器(8)，声容管(3)的另一端与反馈管(9)的一端相连接，在声容管(3)与反馈管(9)之间设置有防直流弹性隔膜(10)，反馈管(9)的另一端与谐振腔(11)相连接，在反馈管(9)与谐振腔(11)之间设置有谐振腔隔膜(12)，谐振腔(11)与脉管(13)相连接，在谐振腔(11)与脉管(13)之间依次设置有预冷器(14)、制冷回热器(15)和脉管冷端换热器(16)，在脉管(13)的下端设置有脉管热端换热器(17)，脉管热端换热器(17)通过气管(18)与气库(19)相连接，在气管(18)上设置有调节阀(20)。 
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