專利名稱：活塞功回收型脈管制冷系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及低溫制冷機和熱聲領域，尤其涉及一種活塞功回收型脈管制冷系統。
背景技術：
脈管制冷機是在20世紀60年代由美國的Gifford和Longsworth發明的。脈管制冷機是回熱式低溫制冷機的一種，由回熱器、脈管、熱端換熱器、冷端換熱器及調相裝置等部分組成，因其消除了低溫下的運動部件，無維護運行時間大大延長，因而在航天、軍事等方面有著非常廣泛的應用前景。脈管制冷機分為基本型脈管制冷機和調相型脈管制冷機，根據調相裝置的不同，調相型脈管制冷機又可以分為小孔氣庫型脈管制冷機、慣性管型脈管制冷機、雙向進氣型脈管制冷機等多種型式。在基本型脈管制冷機中，脈管的熱端是封閉的，由于調相能力有限，制冷效率低下。在基本型脈管制冷機基礎上發展起來的調相型脈管制冷機，在脈管的熱端設置了調相器，包括小孔-氣庫調相器、慣性管、雙向進氣結構等，用來調節壓力與體積流率之間的相位，使得脈管制冷機的性能顯著提高。調相裝置雖然會改善壓力與體積流率之間的相位，但是會導致一部分聲功損耗在調相裝置中，沒有充分利用進入系統中的聲功，正是因為這個原因，非聲功回收型脈管制冷機的循環效率極限為TyTH，低于卡諾循環效率T。/ (Th-Tc)，對于大功率脈管制冷機來說，損失的聲功是巨大的。熱聲發動機是一種將熱能轉換為機械能的新型發動機，利用熱聲效應實現熱能與聲功之間的轉換，具有結構簡單、運行可靠、工質環境友好、效率高等優點。在熱聲發動機中，實現熱聲轉換的核心部件是由加熱器、回熱器、冷卻器組成的熱聲核。近幾十年來，熱聲技術研究取得了飛速的發展，作為發動機，其熱聲轉換效率已經達到30%以上，相對卡諾效率達到41%，可以同內燃機相媲美。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種活塞功回收型脈管制冷系統。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種活塞功回收型脈管制冷系統，它包括:室溫端換熱器、回熱器、冷端換熱器、脈管、熱端換熱器、排出器、熱聲核冷卻器和熱聲核加熱器等；其中，所述室溫端換熱器、回熱器、冷端換熱器、脈管和熱端換熱器依次連接，熱端換熱器通過管道與排出器一端相連，排出器的另一端依次連接若干個熱聲核后，再通過反饋回路與室溫端換熱器相連；所述熱聲核由熱聲核冷卻器、回熱器和熱聲核加熱器依次連接組成。進一步地，所述反饋回路為直通型反饋回路、混合型反饋回路或間接型反饋回路。所述直通型反饋回路為管道。所述混合型反饋回路包括管道和動力裝置；動力裝置可以為壓縮機，壓縮機的氣缸與管道相通；動力裝置也可以由直線電機與和直線電機相配合的氣管組成，氣管與管道相通。所述間接型反饋回路由管道和置于管道內的活塞組成。
本發明的有益效果是，本發明所提出的活塞功回收型脈管制冷機將傳統的脈管制冷機中消耗在調相裝置中的聲功通過排出器傳遞到熱聲核中，所述的排出器既起到脈管制冷機的調相作用又起到傳遞聲功的作用，從脈管熱端傳遞過來的聲功通過熱聲核放大后返回到脈管制冷機的室溫換熱器端繼續驅動脈管制冷機制冷，從而實現了脈管制冷機冷端聲功的有效回收，能大大提高制冷系統的效率。此外，相對于常規的脈管制冷機，本發明提出的功回收型脈管制冷機，在提高制冷效率的同時，采用排出器調相使系統調相更為靈活、準確，同時使用采用低溫熱源驅動的熱聲核放大聲功，可有效利用了低品位熱源。
圖1是直通型反饋回路的功回收型脈管示意 圖2是混合型反饋回路的功回收型脈管示意 圖3是間接型反饋回路的功回收型脈管示意 圖中，室溫端換熱器1、回熱器2、冷端換熱器3、脈管4、熱端換熱器5、排出器6、熱聲核冷卻器7、熱聲核加熱器8、活塞9，動力裝置10。
具體實施例方式下面根據附圖和實施例詳細描述本發明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。如圖1所示，本發明活塞功回收型脈管制冷系統包括:室溫端換熱器1、回熱器2、冷端換熱器3、脈管4、熱端換熱器5、排出器6、熱聲核冷卻器7和熱聲核加熱器8 ;其中，室溫端換熱器1、回熱器2、冷端換熱器3、脈管4和熱端換熱器5依次連接，熱端換熱器5通過管道與排出器6 —端相連，排出器6的另一端依次連接若干個熱聲核后，再通過反饋回路與室溫端換熱器I相連。熱聲核由熱聲核冷卻器7、回熱器2和熱聲核加熱器8依次連接組成。本發明的工作過程如下:與傳統脈管制冷機相似，聲功或活塞功依次進入室溫端換熱器1、回熱器2、冷端換熱器3、脈管4和熱端換熱器5從而在冷端換熱器3處產生冷量；與傳統脈管制冷機不同之處在于，從熱端換熱器5出來的聲功并非消耗在調相裝置中，而是通過排出器6傳遞進入熱聲核，排出器6在傳遞聲功的同時起到傳統脈管制冷機中調相裝置的作用，它使脈管制冷機內氣體的壓力和體積流率具有合適的振幅和相位，使脈管制冷機達到制冷的效果，聲功經熱聲核放大后再通過反饋回路循環進入室溫端換熱器1，驅動活塞功回收型脈管制冷系統制冷。本發明不僅回收了從熱端換熱器5流出的聲功還利用熱聲核實現了低品位熱的利用，從而在提高系統效率的同時充分利用低品位能源。反饋回路為直通型反饋回路(如圖1所示)、混合型反饋回路(如圖2所示)或間接型反饋回路(如圖3所示)。如圖1所示，所述直通型反饋回路為管道。聲功經熱聲核放大后，由該管道循環進入室溫端換熱器1，驅動活塞功回收型脈管制冷系統制冷。如圖2所示，所述混合型反饋回路包括管道和動力裝置10，動力裝置10可以為壓縮機，壓縮機的氣缸與管道相通。動力裝置10也可以由直線電機與和直線電機相配合的氣管組成，氣管與管道相通。加入動力裝置10方便調節脈管制冷機的驅動功，使活塞功回收型脈管制冷系統在合適的輸入功下工作。
如圖3所示，所述間接型反饋回路由管道和置于管道內的活塞9組成。通過選取合適的活塞9的尺寸和材質，可很好調節熱聲核內氣體的壓力和體積流率的相位，從而使熱聲核具有更高的熱聲轉換效率。本發明的活塞功回收型脈管制冷系統將原本耗散在調相裝置中的聲功通過排出器傳遞進入熱聲核，并由熱聲核放大再由反饋回路返回用于驅動活塞功回收型脈管制冷系統。本發明一方面利用排出器同時實現了活塞功回收和傳統脈管制冷機中調相裝置的作用；另一方面整合了熱聲核，有效利用低品位熱對聲功進行放大，從而使放大聲功重新具備驅動活塞功回收型脈管制冷系統的能力，并通過反饋回路實現循環利用。本發明不僅降低了聲功損耗，提高了效率，而且通過熱聲核利用了低品位能，從而使整個系統更節能環保。
權利要求
1.一種活塞功回收型脈管制冷系統，其特征在于，它包括:室溫端換熱器(I)、回熱器(2)、冷端換熱器(3)、脈管(4)、熱端換熱器(5)、排出器(6)、熱聲核冷卻器(7)和熱聲核加熱器(8)等；其中，所述室溫端換熱器(I)、回熱器(2)、冷端換熱器(3)、脈管(4)和熱端換熱器(5)依次連接，熱端換熱器(5)通過管道與排出器(6) —端相連，排出器(6)的另一端依次連接若干個熱聲核后，再通過反饋回路與室溫端換熱器(I)相連；所述熱聲核由熱聲核冷卻器(7)、回熱器(2)和熱聲核加熱器(8)依次連接組成。
2.根據權利要求1所述活塞功回收型脈管制冷系統，其特征在于，所述反饋回路為直通型反饋回路、混合型反饋回路或間接型反饋回路。
3.根據權利要求2所述活塞功回收型脈管制冷系統，其特征在于，所述直通型反饋回路為管道。
4.根據權利要求2所述活塞功回收型脈管制冷系統，其特征在于，所述混合型反饋回路包括管道和動力裝置(10);動力裝置(10)可以為壓縮機，壓縮機的氣缸與管道相通；動力裝置(10)也可以由直線電機與和直線電機相配合的氣管組成，氣管與管道相通。
5.根據權利要求2所述活塞功回收型脈管制冷系統，其特征在于，所述間接型反饋回路由管道和置于管道內的活塞(9)組成。
全文摘要
本發明公開了一種活塞功回收型脈管制冷系統，它包括室溫端換熱器、回熱器、冷端換熱器、脈管、熱端換熱器、排出器、熱聲核冷卻器和熱聲核加熱器等；其中，所述室溫端換熱器、回熱器、冷端換熱器、脈管和熱端換熱器依次連接，熱端換熱器通過管道與排出器一端相連，排出器的另一端依次連接若干個熱聲核后，再通過反饋回路與室溫端換熱器相連；所述熱聲核由熱聲核冷卻器、回熱器和熱聲核加熱器依次連接組成。與傳統脈管制冷機相比，本發明的結構更加緊湊，調相靈活、準確，回收并放大傳統脈管制冷機用于調相的聲功，減小外接的輸入聲功，在獲得冷量的同時使整個系統更加高效運行。
文檔編號F25B9/14GK103175330SQ20131009915
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月26日 優先權日2013年3月26日
發明者王凱, 郭軼楠, 沈愜, 徐雅, 方凱, 孫大明 申請人:浙江大學