CN219264612U - 热声制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热声制冷系统，包括多个热声单元以及液体振子；每一热声单元均包括热声发动机、热声制冷机以及处于热声发动机与热声制冷机之间的第一热缓冲管，多个热声单元依次连接，且每一热声单元的热声制冷机均对应下一热声单元的热声发动机设置；液体振子设于两个热声单元之间，液体振子包括一个入口以及两个出口，入口连通至热声单元的热声制冷机出口，两个出口分别连通至下一热声单元的热声发动机入口以及第一热缓冲管室温侧。在本实用新型中，液体振子提供两个出口，一个出口进行放大声功，另一个出口旁通一部分声功，便于热声制冷系统的功流以及整机系统的相位实现较好的匹配，实现系统COP的大幅度提升和较高的相对卡诺效率。

Description

热声制冷系统

技术领域

本实用新型涉及热声制冷技术领域，尤其涉及一种热声制冷系统。

背景技术

热声技术基于热声效应，将热能与声能相互转换；其中热致声效应(正效应)能够将热能转换为声功，声制冷效应(逆效应)则利用声功产生制冷或制热效应。

在现有技术中，三单元直连型气液耦合谐振热驱动热声制冷/热泵系统包括三个相同的热声核心单元，通过液体振子依次首尾相连。通过对高温换热器输入热量，使系统发生自激振荡，在热声发动机内将热能转化为声功形式的机械能；声功进入热声制冷机/热泵单元内，将制冷器的热量搬运到水冷器内，完成制冷/制热过程。但是，该结构限制了系统的加热温度，热声发动机单元产生的声功过多，无法被热声制冷机/热泵单元有效利用，导致二者声功不匹配，使得系统的COP(能效比)并不能随着热端加热温度的升高而得到有效提高，当进一步提高加热温度时，系统COP可能出现无法提高甚至降低的情况。

实用新型内容

本实用新型提供一种热声制冷系统，用以解决系统能效难以提高的问题，实现系统能效的有效增加。

本实用新型提供一种热声制冷系统，包括：

多个热声单元，每一热声单元均包括热声发动机、热声制冷机以及处于热声发动机与热声制冷机之间的第一热缓冲管，多个热声单元依次连接，且每一热声单元的热声制冷机均对应下一热声单元的热声发动机设置；以及，

液体振子，设于两个热声单元之间，液体振子包括一个入口以及两个出口，入口连通至热声单元的热声制冷机，两个出口分别连通至下一热声单元的热声发动机以及第一热缓冲管室温侧(即热声制冷机水冷器入口)。

根据本实用新型提供的热声制冷系统，液体振子包括：

水平管段；以及，

三个连接管，沿水平向间隔设置，三个连接管的一端均连通至水平管段内，另一端分别形成入口以及两个出口；

其中，水平管段与三个连接管共同形成连通器结构，连通器结构内容设有液体。

根据本实用新型提供的热声制冷系统，热声发动机包括自热声发动机朝向热声制冷机方向依次设置的第一室温换热器、第一回热器以及高温换热器。

根据本实用新型提供的热声制冷系统，热声制冷机包括自热声发动机朝向热声制冷机方向依次设置的第二室温换热器、第二回热器以及冷端换热器。

根据本实用新型提供的热声制冷系统，热声制冷机背向热声发动机的一端还设置有第二热缓冲管。

根据本实用新型提供的热声制冷系统，热声单元中的工作气体为氮气或者氦气中的任意一种。

在本实用新型提供的热声制冷系统中，液体振子提供两个出口，分别连接至下一单元的热声发动机以及第一热缓冲管室温侧，一个出口进行放大声功，另一个出口旁通一部分声功，仅使得部分声功进入发动机放大，使得对于高加热温度的工况，便于热声制冷系统的声功流以及整机系统的相位实现较好的匹配，并且液体的阻隔使得环路中的直流完全消失，不需要额外设计弹性膜、喷射泵等隔绝直流的装置，因此实现系统COP的大幅度提升和较高的相对卡诺效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的热声制冷系统连接结构示意图；

图2为图1中热声单元的结构示意图。

附图标记：

100、热声制冷系统；1、热声单元；2、液体振子；21、水平管段；22、连接管；3、热声发动机；31、第一室温换热器；32、第一回热器；33、高温换热器；4、热声制冷机；41、第二室温换热器；42、第二回热器；43、冷端换热器；5、第一热缓冲管；6、第二热缓冲管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种热声制冷系统100，包括多个热声单元1以及液体振子2；每一热声单元1均包括热声发动机3、热声制冷机4以及处于热声发动机3与热声制冷机4之间的第一热缓冲管5，多个热声单元1依次连接，且每一热声单元1的热声制冷机4均对应下一热声单元1的热声发动机3设置；液体振子2设于两个热声单元1之间，液体振子2包括入口以及两个出口，入口连通至热声单元1的热声制冷机的出口，两个出口分别连通至下一热声单元1的热声发动机3以及第一热缓冲管5室温侧(即热声制冷机水冷器入口)。

在本实用新型提供的热声制冷系统100中，液体振子2提供两个出口，分别连接至下一单元的热声发动机3以及第一热缓冲管5室温侧，一个出口进行放大声功，另一个出口旁通一部分声功，仅使得部分声功进入发动机放大，使得对于高加热温度的工况，便于热声制冷系统100的功流以及整机系统的相位实现较好的匹配，并且液体的阻隔使得环路中的直流完全消失，不需要额外设计弹性膜、喷射泵等隔绝直流的装置，因此实现系统COP的大幅度提升和较高的相对卡诺效率。

需要说明的是，在本实用新型提供的实施例中，采用三个热声单元1进相互连接，形成三级旁通型热驱动气液耦合谐振热声制冷系统。显而易见的是，热声单元1可以根据实际需求进行配合，本实用新型并不限制热声单元1的数量。

进一步的，液体振子2包括水平管段21以及三个连接管22；三个连接管22沿水平向间隔设置，三个连接管22的一端均连通至水平管段21内，另一端分别形成入口以及两个出口；其中，水平管段21与三个连接管22共同形成连通器结构，连通器结构内容设有液体。

在本实用新型提供的实施例中，通过液体振子2在两个热声单元1之间传递声功并调节声场的相位；其中，在第一热缓冲管5室温侧并联一个旁通管与热声制冷机相连，形成液体旁通结构，由于液体的存在，把气体完全阻隔开来，使得系统中理论上不存在任何系统层面的声直流，从而消除了直流的额外损失。

同样的，该系统采用液体振子，相比于气体谐振管，液体振子的声功损失较小，能大幅度提高系统的压比，降低起振温度，并缩短系统尺寸，提高系统的能量密度。

需要说明的是，在本实施例中，液体为水，易获取，成本低下，同时其传递声功，调节相位以及阻隔直流的效果优秀。

具体的，请参阅图2，热声发动机3包括自热声发动机3朝向热声制冷机4依次设置的第一室温换热器31、第一回热器32以及高温换热器33。热声发动机3用以将热能转换为声功，其中，高温换热器33升温使得热声发动机3内的第一回热器32形成一定的温度梯度，使系统发生自激震荡，将热能转换为声功形式的机械能。

另一方面，热声制冷机4包括自热声发动机3朝向热声制冷机4依次设置的第二室温换热器41、第二回热器42以及冷端换热器43。声功经过第一热缓冲管室温侧进入热声制冷机4内，也即制冷机/热泵单元，将制冷器的热量搬运到冷端换热器43内，完成制冷/制热过程。

更进一步的，热声制冷机4背向热声发动机3的一端还设置有第二热缓冲管6。使结构更加紧凑。

另一方面，热声单元1中的工作气体为氮气或者氦气中的任意一种。

整机系统的工作原理如下：高温换热器3进行加热(可至600～800℃)，制冷机内采用室温冷却水冷却，于是在热声单元1中产生一个轴向温度梯度。当轴向温度梯度超过临界值时，自激振荡发生，声功在热声发动机3中产生并直接传递到热声制冷机4(冷机/热泵)入口，与上一单元液体振子2中传递的部分声功合流后在制冷机/热泵中产生制冷/制热效应，制冷机出口处的声功通过液体振子2被回收，一部分传递至下一单元发动机入口被放大，另一部分直接旁通至制冷机入口，两部分声功在制冷机入口合流并一起被制冷机/热泵消耗产生制冷/制热效应；剩余的声功被液体振子回收，以此循环往复。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种热声制冷系统，其特征在于，包括：

多个热声单元，每一所述热声单元均包括热声发动机、热声制冷机以及处于所述热声发动机与热声制冷机之间的第一热缓冲管，多个所述热声单元依次连接，且每一所述热声单元的热声制冷机均对应下一所述热声单元的热声发动机设置；以及，

液体振子，设于两个所述热声单元之间，所述液体振子包括一个入口以及两个出口，所述入口连通至所述热声单元的热声制冷机，两个所述出口分别连通至下一所述热声单元的所述热声发动机以及所述第一热缓冲管室温侧。

2.根据权利要求1所述的热声制冷系统，其特征在于，所述液体振子包括：

水平管段；以及，

三个连接管，沿水平向间隔设置，三个所述连接管的一端均连通至所述水平管段内，另一端分别形成所述入口以及两个所述出口；

其中，所述水平管段与三个所述连接管共同形成连通器结构，所述连通器结构内容设有液体。

3.根据权利要求1所述的热声制冷系统，其特征在于，所述热声发动机包括自所述热声发动机朝向所述热声制冷机方向依次设置的第一室温换热器、第一回热器以及高温换热器。

4.根据权利要求3所述的热声制冷系统，其特征在于，所述热声制冷机包括自所述热声发动机朝向所述热声制冷机方向依次设置的第二室温换热器、第二回热器以及冷端换热器。

5.根据权利要求4所述的热声制冷系统，其特征在于，所述热声制冷机背向所述热声发动机的一端还设置有第二热缓冲管。

6.根据权利要求1所述的热声制冷系统，其特征在于，所述热声单元中的工作气体为氮气或者氦气中的任意一种。

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