第N级制冷单元中，从热声发动机中产生的声功传递到制冷机回热器3中发生热声转换，将第N级低温端换热器4的热量栗送到第N-1级的低温端换热器中，第N级低温端换热器4保持低温；如上所述，传递到第N-1级制冷单元中的声功经过热声转换，将第N-1级低温端换热器的热量栗送到第N-2级的低温端换热器中，第N-1级低温端换热器保持低温；最终，所有低温端换热器的热量均栗送到制冷机主水冷器2中，热量由冷却水带走，N级低温端换热器的制冷温度依次降低至气体液化温度；待液化气体按照制冷温度从高到低的顺序依次通过每一制冷单元的低温端换热器，气体热量被吸收，温度梯级降低，最终气体被液化；其中，通过从每级制冷机回热器3旁通到脉冲管7内一部分气体形成膨胀制冷。
[0018]上述装置中，脉管制冷机单元I的脉冲管7与制冷单元的制冷机回热器3属同轴布置。
[0019]所述直流抑制器15为弹性隔膜元件或者非对称水力元件。所述旁通气流通道内的气体工质流量由阻力元件调节；阻力元件为阀门、小孔或毛细管组成。所述每级制冷机回热器3的直径相等或者不相等。所述脉冲管7为等直径或非等直径的空管。所述的气体工质为氦气、氢气、氮气或其组合。所述待液化气体为天然气、氮气或氢气。
[0020]本发明的环路多级热声发动机驱动气体多级液化装置，其优点在于:其结构简单无运动部件，热声发动机单元工作在行波相位，结构紧凑，能量密度高；采用多个低温端换热器作为梯级冷源，有效减小传热损失，有利于气体液化过程；系统运动部件较少，可靠性高，结构简单；多路旁通结构能够使脉冲管旁通点成为制冷部位，脉冲管中形成膨胀制冷过程，因此能够获得更大的制冷量和更低的制冷温度；在脉冲管旁通点处布置阻力填料，能够减小气流紊乱带来的混合损失。本发明能够高效地实现气体多级液化的整体流程，在液化气体方面具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0021]图1是周远等人提出的多路旁通脉冲管制冷机结构示意图；
[0022]图2是罗二仓等人提出的声学共振型行波热声制冷系统结构示意图；
[0023]图3是本发明的环路多级热声发动机驱动的气体多级液化装置(实施例1)结构示意图；
[0024]图4是本发明的环路多级热声发动机驱动的气体多级液化装置(实施例2)结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]本发明系统对谐振管消耗的声功进行了回收，具有较高的潜在热效率；系统无运动部件，可靠性高，结构紧凑，能量密度高；采用多级冷源，能够梯级降低气体温度，可有效减少传热损失；系统运动部件较少，可靠性高，结构简单；利用多路旁通结构能够使制冷机获得更大的制冷量和更低的制冷温度，提高了制冷机的效率；在脉冲管旁通点处布置阻力填料，能够减小气流紊乱带来的混合损失；本装置能够高效地、可靠地实现气体液化的一体化流程。
[0027]实施例1
[0028]图3是本发明的环路多级热声发动机驱动的气体多级(4级)液化装置(实施例1)结构示意图。其由3个热声发动机单元(1#、2#、3#)通过谐振管23首尾相连构成的环路结构及3个脉管制冷机单元I组成；每一热声发动机单元14均由直流抑制器15、发动机主冷却器16、发动机回热器17、加热器18、高温端层流化元件19、热缓冲管20、发动机室温端层流化元件21和发动机次冷却器22组成；每一热声发动机单元14的发动机次冷却器22出口处旁接一个脉管制冷机单元I ;
[0029]本实施例中，每一脉管制冷机单元I均由制冷机主水冷器2、串接的4级制冷单元、连接管5、脉冲管7、制冷机次水冷器10、惯性管11和气库12组成；每一制冷单元均由一个制冷机回热器3和一个低温端换热器4串接而成，第一级制冷单元的制冷机回热器3与制冷机主水冷器2相连，第4级制冷单元的低温端换热器4与连接管5相连；为减小射流带来的损失，所述脉冲管7近连接管5的一端装有低温端导流丝网6，另一端装有制冷机室温端导流丝网9 ;每级制冷单元的制冷机回热器3通过旁通管路13与脉冲管7相连形成I条旁通气流通道，调整各条旁通气流通道流量的阻力元件为阀门；脉冲管7内还装有阻力填料8，阻力填料8轴向层叠于旁通气体工质进出脉冲管7的接口两侧，以使气体工质均匀顺利通过，所述阻力填料8为丝网；
[0030]本实施例1中，气体工质为氦气，待液化的气体为天然气，加热器18与热源相连并吸收热源热量形成相同温度的高温端(923K);发动机主冷却器16、发动机次冷却器22、制冷机主水冷器2和制冷机次水冷器10通过冷却水冷却以维持在室温范围(310K);每一级热声发动机单元14的发动机回热器17上形成温度梯度，发动机回热器17内部工作气体与其内的固体填料间产生热声效应，将输入到加热器I8的热量转化成声功；声功沿着温度梯度的正方向传播并放大，一部分声功传递到脉管制冷机单元I中，另一部分通过谐振管23传递到下一级热声发动机单元14中重复以上过程；传递到脉管制冷机单元I的声功在每级制冷机回热器17中发生热声转换:传递到第4级制冷回热器17中的声功经过热声转换，将第4级低温端换热器4的热量栗送到第3级的低温端换热器4中，第4级低温端换热器保持低温；传递到第3级制冷单元中的声功经过热声转换，将第3级低温端换热器的热量栗送到第2级的低温端换热器中，第3级低温端换热器保持低温；如此，最终所有低温端换热器4的热量均栗送到制冷机主水冷器2中，热量由冷却水带走；相邻制冷单元中低温端换热器4的温度差均为50K，即第I至第4级低温端换热器的制冷温度依次为260Κ、210Κ、160Κ、IlOK(天然气液化温区);待液化的天然气按照制冷温度从高到低的依次通过每一低温端换热器，气体热量被吸收，温度依次降低，最终被液化；其中，通过从制冷机回热器3旁通到脉冲管7内一部分气体可以有效增加脉冲管7内气体的刚度，同时能够使脉冲管7内压力波动变大，压力波动和体积流率的相位更加接近，有利于提高脉冲管制冷机的效率。
[0031]实施例2:
[0032]图4是本发明的环路多级热声发动机驱动的气体多级(4级)液化装置(实施例
2)结构示意图；该装置由3个热声发动机单元(1#、2#、3#)通过谐振管23首尾相连构成的环路结构及3个脉管制冷机单元I组成；每一热声发动机单元14由直流抑制器15、发动机主冷却器16、发动机回热器17、加热器18、高温端层流化元件19、热缓冲管20、发动机室温端层流化元件21和发动机次冷却器22组成；每一热声发动机单元14的发动机次冷却器22出口处旁接一个脉管制冷机单元I ;
[0033]在每一脉管制冷机单元I中，一个制冷机回热器3及一个与其串接的低温端换热器4构成一级制冷单元，本实施例有依次串接的4级制冷单元；脉冲管7位于第一至第四级制冷单元的制冷机回热器之内，第一级制冷单元的制冷机回热器3热端和脉冲管7热端均与制冷机主水冷器2相接触，脉冲管7冷端与第4级低温端换热器4相接触；气库12通过惯性管11和制冷机主水冷器2相连接；
[0034]脉冲管7两端分别装有低温端导流丝网6和制冷机室温端导流丝网9，以减小射流带来的损失；在每级制冷单元的制冷机回热器和脉冲管7共有壁面上开有I个小孔构成制冷机回热器与脉冲管的旁通气流通道；并在每个小孔两侧的脉冲管7内布置阻力填料8，阻力填料为丝网；
[0035]本实施例2中，气体工质为氦气，待液化的气体为天然气，加热器18与热源相连以吸收热源热量形成相同温度的高温端(923K);发动机主冷却器16、发动机次冷却器22、制冷机主水冷器2和制冷机次水冷器10通过冷却水冷却以维持在室温范围(310K);在每一级热声发动机单元14的发动机回热器17上形成温度梯度，发动机回热器17内部工作气体与其内的固体填料间产生热声效应，将输入到加热器18的热量转化成声功；声功沿着温度梯度的正方向传播并放大，一部分声功传递到脉管制冷机单元I中，另一部分通过谐振管23传递到下一级热声发动机单元中重复以上过程；传递到脉管制冷机单元I的声功在每级制冷机回热器3中发生热声转换:传递到第4级制冷机回热器3中的声功经过热声转换，将第4级低温端换热器4的热量栗送到第3级的低温端换热器中，第4级低温端换热器保持低温；传递到第3级制冷单元中的声功经过热声转换，将第3级低温端换热器的热量栗送到第2级的低温端换热器中，第3级低温端换热器保持低温；如上所述，最终所有低温端换热器4的热量均栗送到制冷机主水冷器2中，热量由冷却水带走。相邻制冷单元中的低温端换热器4的温度差均为50K，即第I?4级低温端换热器的制冷温度依次为260Κ、2