專(zhuān)利名稱(chēng)：活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫制冷機(jī)和熱聲領(lǐng)域，尤其涉及一種活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
脈管制冷機(jī)是在20世紀(jì)60年代由美國(guó)的Gifford和Longsworth發(fā)明的。脈管制冷機(jī)是回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)的一種，由回?zé)崞?、脈管、熱端換熱器、冷端換熱器及調(diào)相裝置等部分組成，因其消除了低溫下的運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)維護(hù)運(yùn)行時(shí)間大大延長(zhǎng)，因而在航天、軍事等方面有著非常廣泛的應(yīng)用前景。脈管制冷機(jī)分為基本型脈管制冷機(jī)和調(diào)相型脈管制冷機(jī)，根據(jù)調(diào)相裝置的不同，調(diào)相型脈管制冷機(jī)又可以分為小孔氣庫(kù)型脈管制冷機(jī)、慣性管型脈管制冷機(jī)、雙向進(jìn)氣型脈管制冷機(jī)等多種型式。在基本型脈管制冷機(jī)中，脈管的熱端是封閉的，由于調(diào)相能力有限，制冷效率低下。在基本型脈管制冷機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的調(diào)相型脈管制冷機(jī)，在脈管的熱端設(shè)置了調(diào)相器，包括小孔-氣庫(kù)調(diào)相器、慣性管、雙向進(jìn)氣結(jié)構(gòu)等，用來(lái)調(diào)節(jié)壓力與體積流率之間的相位，使得脈管制冷機(jī)的性能顯著提高。調(diào)相裝置雖然會(huì)改善壓力與體積流率之間的相位，但是會(huì)導(dǎo)致一部分聲功損耗在調(diào)相裝置中，沒(méi)有充分利用進(jìn)入系統(tǒng)中的聲功，正是因?yàn)檫@個(gè)原因，非聲功回收型脈管制冷機(jī)的循環(huán)效率極限為T(mén)yTH，低于卡諾循環(huán)效率T。/ (Th-Tc)，對(duì)于大功率脈管制冷機(jī)來(lái)說(shuō)，損失的聲功是巨大的。熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)是一種將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的新型發(fā)動(dòng)機(jī)，利用熱聲效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與聲功之間的轉(zhuǎn)換，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工質(zhì)環(huán)境友好、效率高等優(yōu)點(diǎn)。在熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)熱聲轉(zhuǎn)換的核心部件是由加熱器、回?zé)崞?、冷卻器組成的熱聲核。近幾十年來(lái)，熱聲技術(shù)研究取得了飛速的發(fā)展，作為發(fā)動(dòng)機(jī)，其熱聲轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到30%以上，相對(duì)卡諾效率達(dá)到41%，可以同內(nèi)燃機(jī)相媲美。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，它包括:室溫端換熱器、回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器、脈管、熱端換熱器、排出器、熱聲核冷卻器和熱聲核加熱器等；其中，所述室溫端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器、脈管和熱端換熱器依次連接，熱端換熱器通過(guò)管道與排出器一端相連，排出器的另一端依次連接若干個(gè)熱聲核后，再通過(guò)反饋回路與室溫端換熱器相連；所述熱聲核由熱聲核冷卻器、回?zé)崞骱蜔崧暫思訜崞饕来芜B接組成。進(jìn)一步地，所述反饋回路為直通型反饋回路、混合型反饋回路或間接型反饋回路。所述直通型反饋回路為管道。所述混合型反饋回路包括管道和動(dòng)力裝置；動(dòng)力裝置可以為壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的氣缸與管道相通；動(dòng)力裝置也可以由直線電機(jī)與和直線電機(jī)相配合的氣管組成，氣管與管道相通。所述間接型反饋回路由管道和置于管道內(nèi)的活塞組成。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明所提出的活塞功回收型脈管制冷機(jī)將傳統(tǒng)的脈管制冷機(jī)中消耗在調(diào)相裝置中的聲功通過(guò)排出器傳遞到熱聲核中，所述的排出器既起到脈管制冷機(jī)的調(diào)相作用又起到傳遞聲功的作用，從脈管熱端傳遞過(guò)來(lái)的聲功通過(guò)熱聲核放大后返回到脈管制冷機(jī)的室溫?fù)Q熱器端繼續(xù)驅(qū)動(dòng)脈管制冷機(jī)制冷，從而實(shí)現(xiàn)了脈管制冷機(jī)冷端聲功的有效回收，能大大提高制冷系統(tǒng)的效率。此外，相對(duì)于常規(guī)的脈管制冷機(jī)，本發(fā)明提出的功回收型脈管制冷機(jī)，在提高制冷效率的同時(shí)，采用排出器調(diào)相使系統(tǒng)調(diào)相更為靈活、準(zhǔn)確，同時(shí)使用采用低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)的熱聲核放大聲功，可有效利用了低品位熱源。


圖1是直通型反饋回路的功回收型脈管示意 圖2是混合型反饋回路的功回收型脈管示意 圖3是間接型反饋回路的功回收型脈管示意 圖中，室溫端換熱器1、回?zé)崞?、冷端換熱器3、脈管4、熱端換熱器5、排出器6、熱聲核冷卻器7、熱聲核加熱器8、活塞9，動(dòng)力裝置10。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。如圖1所示，本發(fā)明活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)包括:室溫端換熱器1、回?zé)崞?、冷端換熱器3、脈管4、熱端換熱器5、排出器6、熱聲核冷卻器7和熱聲核加熱器8 ;其中，室溫端換熱器1、回?zé)崞?、冷端換熱器3、脈管4和熱端換熱器5依次連接，熱端換熱器5通過(guò)管道與排出器6 —端相連，排出器6的另一端依次連接若干個(gè)熱聲核后，再通過(guò)反饋回路與室溫端換熱器I相連。熱聲核由熱聲核冷卻器7、回?zé)崞?和熱聲核加熱器8依次連接組成。本發(fā)明的工作過(guò)程如下:與傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)相似，聲功或活塞功依次進(jìn)入室溫端換熱器1、回?zé)崞?、冷端換熱器3、脈管4和熱端換熱器5從而在冷端換熱器3處產(chǎn)生冷量；與傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)不同之處在于，從熱端換熱器5出來(lái)的聲功并非消耗在調(diào)相裝置中，而是通過(guò)排出器6傳遞進(jìn)入熱聲核，排出器6在傳遞聲功的同時(shí)起到傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)中調(diào)相裝置的作用，它使脈管制冷機(jī)內(nèi)氣體的壓力和體積流率具有合適的振幅和相位，使脈管制冷機(jī)達(dá)到制冷的效果，聲功經(jīng)熱聲核放大后再通過(guò)反饋回路循環(huán)進(jìn)入室溫端換熱器1，驅(qū)動(dòng)活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)制冷。本發(fā)明不僅回收了從熱端換熱器5流出的聲功還利用熱聲核實(shí)現(xiàn)了低品位熱的利用，從而在提高系統(tǒng)效率的同時(shí)充分利用低品位能源。反饋回路為直通型反饋回路(如圖1所示)、混合型反饋回路(如圖2所示)或間接型反饋回路(如圖3所示)。如圖1所示，所述直通型反饋回路為管道。聲功經(jīng)熱聲核放大后，由該管道循環(huán)進(jìn)入室溫端換熱器1，驅(qū)動(dòng)活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)制冷。如圖2所示，所述混合型反饋回路包括管道和動(dòng)力裝置10，動(dòng)力裝置10可以為壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的氣缸與管道相通。動(dòng)力裝置10也可以由直線電機(jī)與和直線電機(jī)相配合的氣管組成，氣管與管道相通。加入動(dòng)力裝置10方便調(diào)節(jié)脈管制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)功，使活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)在合適的輸入功下工作。
如圖3所示，所述間接型反饋回路由管道和置于管道內(nèi)的活塞9組成。通過(guò)選取合適的活塞9的尺寸和材質(zhì)，可很好調(diào)節(jié)熱聲核內(nèi)氣體的壓力和體積流率的相位，從而使熱聲核具有更高的熱聲轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)將原本耗散在調(diào)相裝置中的聲功通過(guò)排出器傳遞進(jìn)入熱聲核，并由熱聲核放大再由反饋回路返回用于驅(qū)動(dòng)活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)。本發(fā)明一方面利用排出器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了活塞功回收和傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)中調(diào)相裝置的作用；另一方面整合了熱聲核，有效利用低品位熱對(duì)聲功進(jìn)行放大，從而使放大聲功重新具備驅(qū)動(dòng)活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)的能力，并通過(guò)反饋回路實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。本發(fā)明不僅降低了聲功損耗，提高了效率，而且通過(guò)熱聲核利用了低品位能，從而使整個(gè)系統(tǒng)更節(jié)能環(huán)保。
權(quán)利要求
1.一種活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，其特征在于，它包括:室溫端換熱器(I)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)、脈管(4)、熱端換熱器(5)、排出器(6)、熱聲核冷卻器(7)和熱聲核加熱器(8)等；其中，所述室溫端換熱器(I)、回?zé)崞?2)、冷端換熱器(3)、脈管(4)和熱端換熱器(5)依次連接，熱端換熱器(5)通過(guò)管道與排出器(6) —端相連，排出器(6)的另一端依次連接若干個(gè)熱聲核后，再通過(guò)反饋回路與室溫端換熱器(I)相連；所述熱聲核由熱聲核冷卻器(7)、回?zé)崞?2)和熱聲核加熱器(8)依次連接組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋回路為直通型反饋回路、混合型反饋回路或間接型反饋回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述直通型反饋回路為管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述混合型反饋回路包括管道和動(dòng)力裝置(10);動(dòng)力裝置(10)可以為壓縮機(jī)，壓縮機(jī)的氣缸與管道相通；動(dòng)力裝置(10)也可以由直線電機(jī)與和直線電機(jī)相配合的氣管組成，氣管與管道相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述間接型反饋回路由管道和置于管道內(nèi)的活塞(9)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種活塞功回收型脈管制冷系統(tǒng)，它包括室溫端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器、脈管、熱端換熱器、排出器、熱聲核冷卻器和熱聲核加熱器等；其中，所述室溫端換熱器、回?zé)崞?、冷端換熱器、脈管和熱端換熱器依次連接，熱端換熱器通過(guò)管道與排出器一端相連，排出器的另一端依次連接若干個(gè)熱聲核后，再通過(guò)反饋回路與室溫端換熱器相連；所述熱聲核由熱聲核冷卻器、回?zé)崞骱蜔崧暫思訜崞饕来芜B接組成。與傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更加緊湊，調(diào)相靈活、準(zhǔn)確，回收并放大傳統(tǒng)脈管制冷機(jī)用于調(diào)相的聲功，減小外接的輸入聲功，在獲得冷量的同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)更加高效運(yùn)行。
文檔編號(hào)F25B9/14GK103175330SQ20131009915
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者王凱, 郭軼楠, 沈愜, 徐雅, 方凱, 孫大明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)