10Κ、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顺序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，通过从每级制冷机回热器3旁通到脉冲管7内一部分气体可以有效增加脉冲管内气体的刚度，同时能够使脉冲管内压力波动变大，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。
[0036]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种环路多级热声发动机驱动的气体多级液化装置，其由M个热声发动机单元(14)通过谐振管(23)首尾相连构成的环路结构及M个脉管制冷机单元(I)组成，M为3?6正整数；所述热声发动机单元(14)由依次相连的直流抑制器(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); 所述脉管制冷机单元(I)由依次相连的制冷机主水冷器(2)、第一至第N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，其中N为2?6正整数；所述制冷单元由一个制冷机回热器(3)及与其串接的一个低温端换热器(4)组成；第I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N级制冷单元的低温端换热器(4)通过连接管(5)与脉冲管(7)冷端相连接；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); 在每一脉管制冷机单元(I)中，制冷单元的制冷机回热器(3)通过旁通管路(13)与脉冲管(7)相连形成至少一条旁通气流通道；脉冲管(7)内装有阻力填料(8)，阻力填料(8)轴向层叠于气体工质进出脉冲管(7)的接口两侧，所述阻力填料(8)为丝网或者多孔介质材料； 每一热声发动机单元(14)的加热器(18)与热源相连以吸收热源热量形成相同温度的高温端；发动机主冷却器(16)和发动机次冷却器(22)均通过水冷器冷却以维持在室温范围；为此，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；在该温度梯度下，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；在脉管制冷机单元⑴中，制冷机主水冷器⑵和制冷机次水冷器(10)通过冷却水冷却维持在室温范围；在第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。2.一种环路多级热声发动机驱动的气体多级液化装置，其由M个热声发动机单元(14)通过谐振管(23)首尾相连构成的环路结构及M个脉管制冷机单元(I)组成，M为3?6正整数；所述热声发动机单元(14)由依次相连的直流抑制器(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); 所述脉管制冷机单元⑴由制冷机主水冷器(2)，与制冷机主水冷器⑵相连的第一级至第N级制冷单元，位于所述第一级至第N级制冷单元的制冷机回热器(3)之内的脉冲管(7)，制冷机次水冷器(10)、惯性管(11)和气库(12)组成，其中N为2?6的正整数；所述制冷单元由一个制冷机回热器(3)及与其串接的一个低温端换热器(4)组成；第I级制冷单元的制冷机回热器⑶及脉冲管(7)室温端与制冷机主水冷器(2)相连，第N级制冷单元的低温端换热器(4)与脉冲管(7)冷端相连接；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); 在每一脉管制冷机单元(I)中，制冷单元的制冷机回热器(3)与脉冲管(7)通过两者共同壁面上开的多个通孔或者直接制作的多孔介质壁面相连通；脉冲管(7)内装有阻力填料(8)，阻力填料(8)轴向层叠于气体工质进出脉冲管(7)的接口两侧，所述阻力填料(8)为丝网或者多孔介质材料； 每一热声发动机单元(14)的加热器(18)与热源相连以吸收热源热量形成相同温度的高温端；发动机主冷却器(16)和发动机次冷却器(22)均通过水冷器冷却以维持在室温范围；为此，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；在该温度梯度下，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；在脉管制冷机单元⑴中，制冷机主水冷器⑵和制冷机次水冷器(10)通过冷却水冷却维持在室温范围；在第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。3.按权利要求1或2所述的环路多级热声发动机驱动气体多级液化装置，其特征在于，所述直流抑制器(15)为弹性隔膜元件或者非对称水力元件。4.按权利要求1或2所述的环路多级热声发动机驱动气体多级液化装置，其特征在于，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。5.按权利要求1或2所述的环路多级热声发动机驱动气体多级液化装置，其特征在于，所述每级制冷机回热器(3)的直径相等或者不相等。6.按权利要求1或2所述的环路多级热声发动机驱动气体多级液化装置，其特征在于，所述脉冲管(7)为等直径空管或非等直径空管。7.按权利要求1或2所述的一种环路多级热声发动机驱动气体多级液化流程及装置，其特征在于，所述的气体工质为氦气、氢气、氮气或其组合。8.按权利要求1或2所述的一种环路多级热声发动机驱动气体多级液化流程及装置，其特征在于，所述待液化气体为天然气、氮气或氢气。
【专利摘要】一种环路多级热声发动机驱动的气体多级液化装置，其由M个热声发动机单元及旁接其出口的脉管制冷机单元组成，M为3～6正整数；一制冷机回热器和一低温端换热器为一制冷单元，脉管制冷机单元具两个以上制冷单元；在制冷机回热器和脉冲管间设多路旁通管路，使两者相连形成至少一条旁通气流通道；热声发动机自激产生的声功在制冷机回热器中发生热声转换，多个低温端换热器维持在不同制冷温度下；待液化气体依次通过每一低温端换热器，温度梯级下降而被液化；具无运动部件，结构紧凑，功率密度高；环路结构使发动机单元处行波相位；多路旁通结构实现气体膨胀制冷可提高脉冲管制冷机效率；同时多级制冷单元梯级降低气体温度，有效减少不可逆传热损失。
【IPC分类】F25J1/02
【公开号】CN105333694
【申请号】CN201510792247
【发明人】罗二仓, 徐静远, 张丽敏, 陈燕燕, 戴巍, 胡剑英, 吴张华
【申请人】中国科学院理化技术研究所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月17日