气液耦合型热驱动热声制冷机

本发明涉及热声，尤其涉及一种气液耦合型热驱动热声制冷机。

背景技术：

1、热声技术是一种新型能源转换技术，在太阳能发电或制冷、余热回收利用、天然气液化、深冷制冷等领域具有广阔的应用空间。热声效应是可压缩流体往复振荡过程中和固体介质之间由于热的相互作用而产生的时均能量效应。根据能量转换的方向，热声效应可分为利用热能产生声能的热致声效应和利用声能逆温度梯度泵送热量的声致冷效应。

2、在环路热驱动热声制冷机中，通常设置有热声发动机单元、热声制冷机单元和气体谐振管，热声发动机单元的热端换热器从外部吸收热量，室温端换热器通过水冷等方式维持在室温温度，从而在热声发动机单元的内部产生温度梯度，当温度梯度达到一定水平时，系统内部会产生自发的热声震荡，在发动机回热器内部实现热能向声功的转化，同时声功会沿着从室温端换热器到热端换热器的方向传播，并进入到热声制冷机单元中被消耗，从而获得冷量，剩余声功则通过环路进行进入下一个热声发动机单元，完成循环。其中，谐振管起到的作用是调节热声发动机单元的出口端和热声制冷机单元的入口端之间的声阻抗匹配。

3、根据热声发动机单元与热声制冷机单元是否直接相接，环路热驱动热声制冷机可以分为直连型和非直连型两种。由于直连型环路热驱动热声制冷机的热声发动机单元与热声制冷机单元直接相连，热声发动机单元产生的声功直接在热声制冷机单元中消耗，声功损耗小，声功利用率更高，系统性能好。相比于直连型环路热驱动热声制冷机，非直连型环路热驱动热声制冷机的热声发动机单元与热声制冷机单元之间通过可调节的谐振管连接，热声发动机单元的出口端与热声制冷机单元的入口端的声功不是绝对的对应关系，这使得非直连型环路热驱动热声制冷机可实现更为广泛的制冷温度区间。

4、然而，在实际应用中发现，现有的热驱动热声制冷机通常结构较为复杂，需要配置多个核心单元(热声发动机单元和热声制冷机单元)，存在制冷效率偏低，不便于有效利用太阳能和中低温余热。

技术实现思路

1、本发明提供一种气液耦合型热驱动热声制冷机，用以解决现有的热驱动热声制冷机存在结构复杂和制冷效率低的问题。

2、本发明提供一种气液耦合型热驱动热声制冷机，包括：热声发动机单元、热声制冷机单元和气液谐振器；

3、所述气液谐振器包括第一气液谐振管和第二气液谐振管；所述第一气液谐振管的第一端和所述第二气液谐振管的第一端分别与所述热声发动机单元的冷端连通；所述热声发动机单元的热端和所述热声制冷机单元的热端连通；所述热声制冷机单元的冷端和所述第一气液谐振管的第二端连通；

4、所述第一气液谐振管内设有可移动的第一液体谐振子，所述第二气液谐振管内设有可移动的第二液体谐振子；

5、所述第一液体谐振子的第一端和所述第二液体谐振子的第一端与所述热声发动机单元的冷端之间、所述第一液体谐振子的第二端和所述热声制冷机单元的冷端之间以及所述第二液体谐振子的第二端和所述第二气液谐振管的第二端之间分别形成有谐振气腔。

6、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述气液谐振器还包括第三气液谐振管；

7、所述第三气液谐振管的第一端和所述第一气液谐振管连通，以使得所述第一液体谐振子的第三端延伸至所述第三气液谐振管内；所述第一液体谐振子的第三端和所述第三气液谐振管的第二端之间形成有谐振气腔。

8、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，还包括：气体谐振管；所述热声发动机单元的热端和所述气体谐振管的第一端连通，所述气体谐振管的第二端和所述热声制冷机单元的热端连通。

9、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，还包括：冷却器；所述热声发动机单元的热端通过所述冷却器和所述气体谐振管的第一端连通。

10、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述热声发动机单元包括发动机室温端换热器、发动机回热器、发动机热端换热器和发动机热缓冲管；

11、所述发动机室温端换热器、所述发动机回热器、所述发动机热端换热器和所述发动机热缓冲管依次连接，所述发动机室温端换热器远离所述发动机回热器的一端作为所述热声发动机单元的冷端，所述发动机热缓冲管远离所述发动机热端换热器的一端作为所述热声发动机单元的热端。

12、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述热声制冷机单元包括制冷机室温端换热器、制冷机回热器、制冷机冷端换热器和制冷机热缓冲管；

13、所述制冷机室温端换热器、所述制冷机回热器、所述制冷机冷端换热器和所述制冷机热缓冲管依次连接，所述制冷机室温端换热器远离所述制冷机回热器的一端作为所述热声制冷机单元的热端，所述制冷机热缓冲管远离所述制冷机冷端换热器的一端作为所述热声制冷机单元的冷端。

14、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述热声发动机单元、所述热声制冷机单元和所述气液谐振器的所述第一气液谐振管组成环形回路；

15、所述环形回路中设置有直流抑制件，所述直流抑制件用于阻止所述环形回路中产生直流；所述直流抑制件设于所述热声发动机单元背离所述热声制冷机单元的一侧和所述热声制冷机单元背离所述热声发动机单元的一侧。

16、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述直流抑制件为弹性阻挡件。

17、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述弹性阻挡件为弹性膜或非对称流道阻力元件。

18、根据本发明提供的一种气液耦合型热驱动热声制冷机，所述谐振气腔设置有气体工质，所述气体工质包括氦气、氢气、氮气、氩气、空气、二氧化碳、氙气当中的至少一种。

19、本发明提供的气液耦合型热驱动热声制冷机，基于热声发动机单元和热声制冷机单元进行气液谐振器的布设，通过将液体谐振子和气体谐振子相结合，以形成新型调相结构，可达到提高系统的声场匹配效果，并且可有效利用液体谐振子的高质量惯性声感和气体谐振子的高可压缩性声容，在强化声振荡的同时降低工作频率，不仅起振温度低，便于实现对太阳能和中低温余热的利用，而且可提高整机的制冷效率，还可减小各个气液谐振管的长度，降低系统的整体尺寸，提高结构的紧凑性。

技术特征：

1.一种气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，包括：热声发动机单元、热声制冷机单元和气液谐振器；

2.根据权利要求1所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述气液谐振器还包括第三气液谐振管；

3.根据权利要求1所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，还包括：气体谐振管；

4.根据权利要求3所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，还包括：冷却器；所述热声发动机单元的热端通过所述冷却器和所述气体谐振管的第一端连通。

5.根据权利要求1至4任一项所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述热声发动机单元包括发动机室温端换热器、发动机回热器、发动机热端换热器和发动机热缓冲管；

6.根据权利要求5所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述热声制冷机单元包括制冷机室温端换热器、制冷机回热器、制冷机冷端换热器和制冷机热缓冲管；

7.根据权利要求1至4任一项所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述热声发动机单元、所述热声制冷机单元和所述气液谐振器的所述第一气液谐振管组成环形回路；

8.根据权利要求7所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述直流抑制件为弹性阻挡件。

9.根据权利要求8所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述弹性阻挡件为弹性膜或非对称流道阻力元件。

10.根据权利要求1至4任一项所述的气液耦合型热驱动热声制冷机，其特征在于，所述谐振气腔设置有气体工质，所述气体工质包括氦气、氢气、氮气、氩气、空气、二氧化碳、氙气当中的至少一种。

技术总结
本发明涉及热声技术领域，公开了一种气液耦合型热驱动热声制冷机，包括热声发动机单元、热声制冷机单元和气液谐振器；气液谐振器包括第一气液谐振管和第二气液谐振管；第一气液谐振管的第一端和第二气液谐振管的第一端分别与热声发动机单元的冷端连通；热声发动机单元的热端和热声制冷机单元的热端连通；热声制冷机单元的冷端和第一气液谐振管的第二端连通。本发明通过气液谐振器进行整机的声场匹配，可实现强化声振荡的同时降低工作频率，不仅起振温度低，而且可提高整机的制冷效率，还可减小各个气液谐振管的长度，降低系统的整体尺寸，提高结构的紧凑性。

技术研发人员：罗二仓,胡易伟,徐静远,吴张华,张丽敏
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10