一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其由N个热声制冷机核心单元构成的环路型行波热声制冷机及直线压缩机组成；核心单元间由谐振管相连构成环路；直线压缩机旁接于谐振管上，N=3-10正整数；相邻核心单元电压间相位差为360度/N；核心单元均包括依次相连的次室温端换热器、室温端层流化元件、热缓冲管、冷端层流化元件、冷端换热器、回热器和主室温端换热器；谐振管一端连接第一变径管，另一端依次连接第二变径管、连接腔和第三变径管；本发明专利技术的直线压缩机旁通连接，可减弱制冷机间耦合，直线压缩机与制冷机间更易匹配，核心单元工作在跨行波相位；其环路结构使声功得到回收，产生的直流由直流抑制器抑制；其更具实用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其由N个热声制冷机核心单元构成的环路型行波热声制冷机及直线压缩机组成；核心单元间由谐振管相连构成环路；直线压缩机旁接于谐振管上，N=3-10正整数；相邻核心单元电压间相位差为360度/N；核心单元均包括依次相连的次室温端换热器、室温端层流化元件、热缓冲管、冷端层流化元件、冷端换热器、回热器和主室温端换热器；谐振管一端连接第一变径管，另一端依次连接第二变径管、连接腔和第三变径管；本专利技术的直线压缩机旁通连接，可减弱制冷机间耦合，直线压缩机与制冷机间更易匹配，核心单元工作在跨行波相位；其环路结构使声功得到回收，产生的直流由直流抑制器抑制；其更具实用前景。【专利说明】一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统
本专利技术涉及一种制冷系统，特别是一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统。
技术介绍
近年来高温超导技术和气体液化、分离工业对长寿命、大冷量制冷机的需求日益增长，但常规制冷机在热效率、振动、噪音和低维护运行、寿命等方面均存在问题。直线压缩机驱动的脉冲管制冷机(热声制冷机的一种)，由于结构简单、冷头无运动部件、寿命长，并可实现20%以上的相对卡诺效率，在80K温区可提供百瓦乃至千瓦以上的制冷量，因而越来越受到广泛的关注与应用。如图1所示，主要由直线压缩机与脉冲管制冷机组成。其中脉冲管制冷机由主室温换热器9，回热器10，冷端换热器11，脉冲管(热缓冲管)12，次室温端换热器9’以及连接在次室温换热器后的调相机构组成。调相机构通过其声学阻抗使得脉冲管制冷机的回热器工作在高效声场相位，但以消耗次室温换热器出口的所有声功为代价。一般来说，脉冲管制冷机的冷端制冷量与调相机构消耗的声功有着相当的数值，这就意味着脉冲管制冷机功率越大，调相机构需要消耗的声功越大，这部分声功若能回收利用，系统的效率将会显著提升。因此，发展起来一种直线压缩机驱动的双作用行波热声制冷系统结构，如图2所示，通过将直线压缩机的活塞串联入环路系统，活塞一侧作为压缩腔将声功输入本单元的制冷机核心单元，活塞另一侧则回收上一级单元制冷机未消耗的声功。N(N> 3)个完全相同的直线压缩机与制冷机核心单元组合串联，通过将直线压缩机之间的电压相位差主动控制在360/N，使得制冷机的回热器22工作在行波相位，从而同时实现了制冷机的主动调相与声功回收。但该系统由于将直线压缩机与制冷机串联，两个子系统之间的耦合性非常强，对设计要求较高。同时实际系统中单元之间的不一致性在该串联系统中会被放大，一个电机不能正常工作将导致整个系统无法正常工作，因而对加工与制造工艺带来较大挑战。为解决以上两种系统中遇到的问题，借鉴荷兰学者DEBLOCK提出的声学共振型热声发动机系统，本专利技术提出一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统。如图3所示，为荷兰学者DEBLOCK在专利W02010107308A1中公布的一种声学共振型行波热声发动机系统，该系统通过在一个波长的环路上布置多个热声发动机核心单元来构建一个发动机，其具有功率密度高的特点，适合于大功率场合。核心单元包括主室温端换热器101、回热器102、热端换热器103，核心单元间通过变径管与谐振管细管段109相连。该系统在具备双作用系统回收利用声功以及主动调相等优点的基础上，其主要特性还包括:通过增加热声核心单元与谐振管的面积比，减少热声核心单元中的流速，减少回热器中的流阻损失，同时减小谐振管直径，增加系统压比；通过多个系统串联，回收利用声功并分担谐振管损失；负载(如直线发电机)旁通接入系统，减少负载与热声核心单元间耦合特性，便于优化设计以及实际系统的制造、运行。但W0201007308存在的问题是系统中没有直径与回热器直径相当的热缓冲管，会由于存在大的湍流而产生冷热混合损失；其次，该专利中也没有抑制环路直流的措施，也会导致热量或者冷量的损失。综合，本专利技术提出一种新型的流程结构，可解决上述3种传统流程中存在的问题，即一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，可满足高效、可靠、长寿命的大冷量需求场合。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种电驱动制冷机流程结构，即一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，可获得一种具有高效、可靠、长寿命特点的大冷量制冷系统，可用于液氮温区及以上的各种冷端温度及不同冷量需求的场合；本专利技术通过采用环路型结构来回收、利用声功，并通过抑制热缓冲管损失、环路声直流损失等关键措施提高系统效率；通过直线压缩机旁接方式，减弱直线压缩机与制冷机核心单元间的耦合强度，便于系统的优化设计与实际运行调节；通过热缓冲管的引入，实现冷端换热器无运动部件，增强系统可靠性；通过多单元联合来提高系统的能量密度，满足大冷量场合的需要。本专利技术的技术方案如下:本专利技术提供的直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其由环路型行波热声制冷机及直线压缩机组成；所述环路型行波热声制冷机包含N个热声制冷机核心单元1，每个热声制冷机核心单元I间通过谐振管110首尾连接构成环路；所述直线压缩机通过旁接于环路中的谐振管110上，所述N为3-10的正整数；所述每一热声制冷机核心单元I包含依次相连的次室温端换热器101、热缓冲管103、冷端换热器105、回热器106和主室温端换热器107 ;其特征在于，还包括连接于次室温端换热器101与热缓冲管103间的室温端层流化元件102和连接于热缓冲管103与冷端换热器105间的冷端层流化元件104 ;室温端层流化元件102与冷端层流化元件104的作用是为了减小由于湍流或射流等复杂流动带来的热缓冲管内冷、热流体混合损失。为减小由于流通面积变化带来的流动损失；为减小由于流通面积变化带来的流动损失，所述谐振管110 —端连接一第一变径管108，所述第一变径管108与所述热声制冷机核心单元I的主室温端换热器107相连；所述谐振管110另一端依次连接有第二变径管111、连接腔112和第三变径管113，所述第三变径113与下一级热声制冷机核心单元I的次室温端换热器101相连；以构成环路型行波热声制冷机；所述的直线压缩机2包含两个对置运动的直线电机以减小振动；所述的直线电机由活塞201、支撑单元202、定子线圈203、动子磁体204及外壳205组成；所述的直线压缩机2依次通过第三变径管113、连接腔112及第二变径管111旁接于谐振管110上，以构成直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统；所述的直线压缩机2中的定子线圈203接入交流电，根据电磁感应原理，交流电驱动动子磁体204在定子线圈203中运动，动子磁体204带动活塞201做往复运动而将电能转化为声功，并输出到环路型行波热声制冷机中；相邻热声制冷机核心单元的直线压缩机2的驱动电压幅值相等，电压间存在相位差，所述相位差为360度/N ；上一级热声制冷机核心单元未消耗的声功经由第三变径113与本级直线压缩机2输出的声功在连接腔112中汇合，并经由第二变径111、谐振管110以及第一变径108从本级热声制冷机核心单元的主室温端换热器107进入到该热声制冷机核心单元的回热器106中，该回热器106通过消耗声功将热量从冷端换热器105泵送到次室温端换热器101，在该回热器106中形成温度梯度；冷端换热器105本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗二仓，陈燕燕，戴巍，张丽敏，吴张华，李海冰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，中科力函深圳热声技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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