专利名称：内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及热声技术领域，尤其是涉及一种内燃机尾气余热驱动的热声 制冷系统。
背景技术：
如今，能源问题日益成为制约经济发展的一个重要问题，石油、煤炭等 不可再生常规能源日益减少，需要我们采取有效的措施减少能源的消耗量或 者探索新的可再生能源。目前，汽车、轮船等采用内燃机作为驱动力的交通 工具等是最大的能源消耗品之一，特别是随着汽车等的越来越普及，数量不 断增长，其消耗的能源量还将会越来越多，因此必须采取有效的措施降低这 些交通工具的油^m以减少能源的消4毛量。
内燃机的燃油一般在汽缸内燃烧，膨胀做功后排出汽缸成为尾气，然后 经过三元催化剂降低其排放污染后直接排向大气。
一般地，内燃机尾气在刚
排出汽缸时其温度一般在500度以上，产生大量的热量，这部分的热量是没 有利用的。以一台排量为5升的内燃机为例，如果其排气温度为500度，如 杲我们回收其热量将尾气温度降低到400度，那么能够回收的热量至少在 30kW以上。可见，内燃机的尾气余热回收存在很大的利用空间。
众所周知， 一般的汽车、轮船等都必须配备制冷系统系统，尤其是在炎 热的夏天，需要对汽车、轮船等内部进行冷却，在有的渔船上面还需要有专 门的冷冻系统制作水块，以保持鱼产品的新鲜。而现有的汽车、轮船的制冷 系统主要由内燃机产生的动力进行驱动，增加了内燃机的负荷，同时还需要 消耗大量的能源，并没有将内燃机尾气余热进行有效的利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，有效解 决现有汽车、轮船等的采用传统的制冷系统系统而导致的能源消耗大等技术 缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了 一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷
系统，包括热声发动机；热声制冷机，与所述热声发动机通过谐振管连接; 水冷散热器，分别与所述热声发动机和热声制冷机连接，用于通过空气向环 境散热；尾气余热回收器，与所述热声发动机连接，用于回收尾气余热；内 燃机尾气流道，与所述尾气余热回收器连接；载冷器，与所述热声制冷机连 接，用于获得冷量并传递给被冷却空间进行温度调节。
所述尾气余热回收器为热管结构或载流体结构。
所述热声发动机为行波热声发动机。
所述行波热声发动机为环形结构，所述行波热声发动机包括反馈管、 主水冷器、回热器、加热器、热緩沖管和次水冷器，反馈管的一端连接所述 主水冷器，主水冷器、回热器、加热器、热缓冲管、次水冷器依次连接，所 述反馈管的另一端与所述次水冷器和所述谐振管相连接，所述主水冷器和次 水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连接。
所述行波热声发动机为同轴形结构，所述行波热声发动机包括反馈管、 主水冷器、回热器、加热器、热緩沖管和次水冷器，所述主水冷器、回热器、 加热器、热緩冲管和次水冷器依次连接，所述反馈管套在所述主水冷器、回 热器、加热器、热緩冲管和次水冷器的外面，并且所述反馈管的一端与所述 主水冷器相连接，另一端与所述次水冷器和所述谐振管相连接，所述主水冷 器和次水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连 接。
所述行波热声发动机为同轴形结构，所述行波热声发动机包括反馈管、主水冷器、回热器、加热器、热緩冲管和次水冷器，所述反馈管、主水冷器、 回热器和加热器依次连接，所述热緩沖管和次水冷器套在所述主水冷器、回 热器和加热器的外面，并且所述热緩冲管的一端与所述加热器相连接，另一 端与所述次水冷器相连接，所述次水冷器与谐振管相连接，所述主水冷器和 次水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连接。 所述热声制冷机为行波热声制冷机。
所述行波热声制冷机为环形结构，包括反馈管、水冷器、回热器、冷 头、热緩沖管和层流化元件，所述反馈管的一端依次与所述水冷器、回热器、 冷头、热緩冲管和层流化元件相连接，其另一端与所述层流化元件和谐振管 相连，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
所述行波热声制冷机为同轴形结构，包括反馈管、水冷器、回热器、 冷头、热緩沖管和层流化元件，所述水冷器、回热器、冷头、热緩沖管、层 流化元件依次连接，所述反馈管的一端套设在所述水冷器、回热器、冷头、 热緩沖管和层流化元件的外面，所述反馈管的另 一端与层流化元件和谐振管 相连接，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
所述行波热声制冷机为同轴形结构，包括反馈管、水冷器、回热器、 冷头、热緩冲管和层流化元件，所述惯性管、水冷器、回热器、冷头依次连 接，所述热緩沖管、层流化元件套设在所述水冷器、回热器和冷头的外面， 所述热緩沖管一端与冷头相连，另一端与层流化元件相连接，层流化元件的 另一端和谐振管相连接，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所 述载冷器连接。
所述热声发动机为驻波热声发动机，包括热腔、加热器、板叠、水冷 器和谐振管，所述热腔依次连接所述加热器、板叠、水冷器和谐振管，所述 水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连接。
所述热声制冷机为驻波热声制冷机，包括冷腔、水冷器、板叠、冷头 和谐振管，所述冷腔依次连接所述水冷器、板叠、冷头和谐振管，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机
大大减少汽车、轮船等的制冷系统的能源消耗。
图1为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第一实施例的结构示
图2为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第二实施例的结构示
意图3为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第三实施例的结构示
意图4为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第四实施例的结构示 意图5为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第五实施例的结构示 意图之一；
图6为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第五实施例的结构示 意图之二。
附图标记说明
l一水冷散热器
3—尾气余热回收器
5—风扇
7 —回热器
9 —次水冷器
ll一反馈管
13—回热器
2—内燃才几尾气流道
4一载冷器
6—加热器
8 —热緩冲管
IO—主水冷器
12—冷头
14一水冷器15_反馈管
17—层流化元件
19_加热器
21 —水冷器
23—冷头
25 —水冷器
27—净皮冷却空间
16 —热缓沖管
18—谐振管
20—板叠
22 —热腔
24—板叠
26—冷腔
具体实施例方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第一实施例的结构示 意图，如图1所示，本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第一实施例 包括热声发动机、热声制冷机、谐振管18、水冷散热器l、尾气余热回收器 3、内燃机尾气流道2和载冷器4，热声制冷机与热声发动机通过谐振管18 连接；水冷散热器1分别与热声发动机和热声制冷机连接，用于通过空气向 环境散热；尾气余热回收器3，与热声发动机连接，用于回收尾气余热；内 燃机尾气流道2，与尾气余热回收器3连接；载冷器4与热声制冷机连接， 用于获得冷量并传递给被冷却空间27进行温度调节。
具体地，尾气余热回收器3连接热声发动机的加热器6和内燃机尾气流 道2，回收内燃机尾气的余热并传递给热声发动机的加热器6，热声发动机和 热声制冷机之间通过谐振管18连接，载冷器4从热声制冷机的冷头12获得 冷量并传递给被冷却空间27进行温度调节，水冷散热器1通过空气向环境散 热，冷却热声制冷机和热声发动机的水冷器14内的冷却水，另外设置在水冷 散热器1旁侧的风扇5也起到加强散热的作用。
其中，尾气余热回收器3可以为热管结构，也可以为载流体结构。采用 热管结构时，热管的蒸发段与内燃机尾气接触，冷凝段与热声发动机的加热器6连接；采用载流体结构时，载流体的热容需较大，载流体流经内燃机尾 气通道2并吸热，流经热声发动机加热器6时;改热。热管或者载流体通道与 内燃机尾气接触的部分，表面通常增加肋片，以强化换热(不能直接让内燃 机尾气流经热声发动机的加热器进行换热，因为这样通常换热面积不够，流 动阻力很大，容易产生加热器内温度分布不均勻的现象)。谐振管18的形状 可以为等直径管，也可以为锥形管。载冷器4可以采取两种形式 一种是让 被冷却空间27的空气直接流经热声制冷机的冷头获取冷量，另一种是让热容 较大的载流体流经热声制冷机的冷头获取冷量，再在被冷却空间27与空气进 行换热，将冷量传给空气。
本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机
大大减少汽车、轮船等的制冷系统的能源消耗。
图2为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第二实施例的结构示 意图，如图2所示，本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第二实施例 的热声发动机采用环形结构的行波热声发动机，包括反馈管ll、主水冷器 10、回热器7、加热器6、热緩冲管8和次水冷器9，反4f管ll的一端与主 水冷器10连接，主水冷器IO、回热器7、加热器6、热緩沖管8、次水冷器 9依次连接，反馈管11的另一端与次水冷器9和谐振管18相连接，主水冷 器10和次水冷器9与水冷散热器1连接，尾气余热回收器3连接热声发动机 的加热器6和内燃机尾气流道2，回收内燃机尾气的余热并传递给热声发动 机的加热器6。热声制冷机采用环形结构的行波热声制冷机，包括反馈管 15、水冷器14、回热器13、冷头12、热緩沖管16和层流化元件17，反馈管 15的一端依次与水冷器14、回热器13、冷头12、热缓冲管16和层流化元件 17相连接，其另一端与层流化元件17和谐振管18相连，水冷器14与水冷 散热器l连接，载冷器4与冷头12连接。
具体地，余热回收器3由多根热管组成，热管的一端嵌入行波热声发动机加热器6内部，另一端表面安装有强化换热的肋片与内燃机尾气进行换热，
首先在该行波热声发动机的主水冷器9与次水冷器IO之间建立起温度梯度， 当温度梯度超过临近温度梯度时，热声发动机开始工作，将收集到的热能转 换成波动形式的声能，然后该声能通过谐振管18传递到热声制冷机，其中， 谐振管18可以为等直径圆管；水冷散热器1内的冷却水依次流经行波热声制 冷机水冷器14,行波热声发动机次水冷器9和行波热声发动机的主水冷器10， 然后被环境空气冷却；该行波热声制冷机将声能转化为冷量，载冷器4采用 被冷却空间27内的空气直接流经行波热声制冷机冷头12的方式，为了减少 冷量损失，载冷器4同时还在行波热声制冷机热緩沖管16上回收冷量。
本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机
冷，大大减少汽车、轮船等的制冷系统的能源消耗。
图3为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第三实施例的结构示 意图，如图3所示，本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第三实施例 的热声发动机采用同轴结构的行波热声发动机，包括反馈管ll、主水冷器 10、回热器7、加热器6、热緩冲管8和次水冷器9，主水冷器IO、回热器7、 加热器6、热緩沖管8和次水冷器9依次连接，反馈管11套在主水冷器10、 回热器7、加热器6、热緩冲管8和次水冷器9的外面，并且反馈管ll的一 端与主水冷器10相连接，另一端与次水冷器9和谐振管18相连接，主水冷 器10和次水冷器9与水冷散热器1连接，尾气余热回收器3连接热声发动机 的加热器6和内燃机尾气流道2，回收内燃机尾气的余热并传递给热声发动 机的加热器。热声制冷机采用同轴结构的行波热声制冷机，包括反馈管15、 水冷器14、回热器13、冷头12、热緩冲管16和层流化元件17，水冷器14、 回热器13、冷头12、热緩沖管16、层流化元件17依次连接，反馈管15的 一端套在水冷器14、回热器13、冷头12、热緩沖管16和层流化元件17的 外面，反馈管15另一端与层流化元件17和谐振管18相连接，水冷器14与水冷散热器1连接，载冷器4与冷头12连接。
具体地，谐振管18可以为锥形管，其直径由发动机侧向制冷机侧逐渐减 少；余热回收器3为载流体结构，载流体流经内燃机尾气流道2从尾气吸收 热量，然后再经过热声发动机加热器6放出热量；为了减少空气直接流经行 波热声制冷机冷头12可能引起的温度分布不均匀性，载冷器4采用让热容较 大的载流体流经行波热声制冷机冷头12获取冷量的方式，其在冷头12获得 冷量后再将冷量传递给被冷却空间27的空气。
本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机
大大减少汽车、轮船等的制冷系统的能源消耗。
图4为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第四实施例的结构示 意图，如图4所示，本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第四实施例 的热声发动机采用同轴结构的行波热声发动机，包括反馈管ll、主水冷器 10、回热器7、加热器6、热缓冲管8和次水冷器9，反^t管11、主水冷器 10、回热器7和加热器6依次连接，热緩冲管8和次水冷器9套在主水冷器 10、回热器7和加热器6外面，并且热緩冲管8的一端与加热器6连结，另 一端与次水冷器9相连接，次水冷器9与谐振管18相连接，主水冷器10和 次水冷器9与水冷散热器1连接，尾气余热回收器3连接热声发动机的加热 器6和内燃机尾气流道2，回收内燃机尾气的余热并传递给热声发动机的加 热器。热声制冷机采用同轴结构的行波热声制冷机，包括反馈管l5、水冷 器14、回热器13、冷头12、热緩沖管16和层流化元件17，反馈管15、水 冷器14、回热器13、冷头12依次连接，热緩沖管16、层流化元件17套设 在水冷器14、回热器13、冷头12的外面，热緩冲管16的一端与冷头U相 连接，另一端与相连接，层流化元件17与谐振管18连接，水冷器14与水冷 散热器1连接，载冷器4与冷头12连接。
具体地，谐振管18可以为锥形管，其直径由发动机侧向制冷机侧逐渐减
12少；余热回收器3为载流体结构，载流体流经内燃机尾气流道2从尾气吸收 热量，然后再经过热声发动机加热器6放出热量；为了减少空气直接流经行 波热声制冷机冷头12可能引起的温度分布不均匀性，载冷器4采用让热容较 大的载流体流经行波热声制冷机冷头12获取冷量的方式，其在冷头12获得 冷量后再将冷量传递给被冷却空间27的空气。
本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机
大大减少汽车、轮船等的制冷系统的能源消耗。
图5为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第五实施例的结构示 意图之一，图6为本发明内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统第五实施例的 结构示意图之二，如图5、图6所示，本发明内燃机尾气余热驱动的热声制 冷系统第五实施例的热声发动机采用驻波热声发动机，包括热腔"、加热 器19、板叠20、水冷器21和谐振管18，热腔22依次连接加热器19、板叠 20、水冷器21和谐振管18，尾气余热回收器3连接热声发动机的加热器19 和内燃机尾气流道2,回收内燃机尾气的余热并传递给热声发动机的加热器 19。热声制冷机采用驻波热声制冷机，包括冷腔26、水冷器25、板叠24、 冷头23和谐振管18,冷腔26依次连接水冷器25、板叠24、冷头23和谐振 管18,水冷器25与水冷散热器1连接，载冷器4与冷头23连接。
具体地，谐振管18由两段锥形管组成，中间部分直径较大，两端直径逐 渐减少；水冷散热器1内的冷却水依次流经驻波热声制冷机水冷器25和驻波 热声发动机水冷器21，然后被环境空气冷却；余热回收器3为载流体结构， 载流体流经内燃机尾气流道2从尾气吸收热量，然后再经过热声发动机加热 器19放出热量；载冷器4采用被冷却空间27空气直接流经驻波热声制冷机 冷头23的方式。在图5所示的结构中，为了减少冷量损失，载冷器4同时还 在谐振管18上回收冷量。
本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机和热声制冷机结合尾气余热回收器对内燃机尾气进行回收利用，进行制冷， 大大减少汽车、轮船等的制冷系统的能源消耗。
最后应说明的是以上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精神和范围。
权利要求
1、一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征在于，包括热声发动机；热声制冷机，与所述热声发动机通过谐振管连接；水冷散热器，分别与所述热声发动机和热声制冷机连接，用于通过空气向环境散热；尾气余热回收器，与所述热声发动机连接，用于回收尾气余热；内燃机尾气流道，与所述尾气余热回收器连接；载冷器，与所述热声制冷机连接，用于获得冷量并传递给被冷却空间进行温度调节。
2、 根据权利要求1所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征 在于，所述尾气余热回收器为热管结构或载流体结构。
3、 根据权利要求1或2所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其 特征在于，所述热声发动机为行波热声发动机。
4、 根据权利要求3所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征 在于，所述行波热声发动机为环形结构，所述行波热声发动机包括反馈管、 主水冷器、回热器、加热器、热緩沖管和次水冷器，所述反馈管的一端连接 所述主水冷器，主水冷器、回热器、加热器、热緩冲管、次水冷器依次连接， 所述反馈管的另一端与所述次水冷器和所述谐振管相连接，所述主水冷器和 次水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连接。
5、 根据权利要求3所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征 在于，所述行波热声发动机为同轴形结构，所述行波热声发动机包括反馈 管、主水冷器、回热器、加热器、热緩沖管和次水冷器，所述主水冷器、回 热器、加热器、热緩冲管和次水冷器依次连接，所述反馈管套在所述主水冷 器、回热器、加热器、热緩沖管和次水冷器的外面，并且所述反馈管的一端 与所述主水冷器相连接，另一端与所述次水冷器和所述谐振管相连接，所述 主水冷器和次水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回 收器连接。
6、 根据权利要求3所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征在于，所述行波热声发动机为同轴形结构，所述行波热声发动机包括反馈 管、主水冷器、回热器、加热器、热緩沖管和次水冷器，所述反馈管、主水 冷器、回热器和加热器依次连接，所述热緩沖管和次水冷器套在所述主水冷 器、回热器和加热器的外面，并且所述热緩冲管的一端与所述加热器相连接， 另一端与所述次水冷器相连接，所述次水冷器与谐振管相连接，所述主水冷 器和次水冷器与所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连 接。
7 、根据权利要求4-6任一权利要求所述的内燃机尾气余热驱动的热声制 冷系统，其特征在于，所述热声制冷机为行波热声制冷机。
8、 根据权利要求7所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征 在于，所述行波热声制冷机为环形结构，包括反馈管、水冷器、回热器、 冷头、热緩冲管和层流化元件，所述反馈管的一端依次与所述水冷器、回热 器、冷头、热緩冲管和层流化元件相连接，其另一端与所述层流化元件和谐 振管相连，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
9、 根据权利要求7所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征 在于，所述行波热声制冷机为同轴形结构，包括反馈管、水冷器、回热器、 冷头、热緩沖管和层流化元件，所述水冷器、回热器、冷头、热緩沖管、层 流化元件依次连接，所述反馈管的一端套设在所述水冷器、回热器、冷头、 热緩冲管和层流化元件的外面，所述反馈管的另 一端与层流化元件和谐振管 相连接，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
10、 根据权利要求7所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特 征在于，所述行波热声制冷机为同轴形结构，包括反馈管、水冷器、回热 器、冷头、热緩冲管和层流化元件，所述反馈管、水冷器、回热器、冷头依 次连接，所述热緩冲管、层流化元件套设在所述水冷器、回热器和冷头的外 面，所述热緩沖管一端与冷头相连，另一端与层流化元件相连接，层流化元 件的另一端和谐振管相连接，所述水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
11、 根据权利要求1所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特征在于，所述热声发动机为驻波热声发动机，包括热腔、加热器、板叠、水冷器和谐振管，所述热腔依次连接所述加热器、板叠、水冷器和谐振管， 所述水冷器和所述水冷散热器连接，所述加热器和所述尾气余热回收器连接。
12、 根据权利要求11所述的内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，其特 征在于，所述热声制冷机为驻波热声制冷机，包括冷腔、水冷器、板叠、 冷头和谐振管，所述冷腔依次连接所述水冷器、板叠、冷头和谐振管，所述 水冷器与所述水冷散热器连接，所述冷头与所述载冷器连接。
全文摘要
本发明涉及一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统，包括热声发动机；热声制冷机，通过谐振管与所述热声发动机连接；水冷散热器，分别与所述热声发动机和热声制冷机连接，用于通过空气向环境散热；尾气余热回收器，与所述热声发动机连接，用于回收尾气余热；内燃机尾气流道，与所述尾气余热回收器连接；载冷器，与所述热声制冷机连接，用于获得冷量并传递给被冷却空间进行温度调节。本发明提供的一种内燃机尾气余热驱动的热声制冷系统采用热声发动机和热声制冷机结合尾气余热回收器对内燃机尾气进行回收利用，进行制冷，大大减少汽车、轮船等的制冷系统能源消耗。
文档编号F25B27/02GK101608847SQ200810115190
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者吴张华, 琳 姜, 巍 戴, 李海冰, 罗二仓, 胡剑英 申请人:深圳市中科力函热声技术工程研究中心有限公司