热驱动双作用热声制冷机系统

本发明涉及制冷机，尤其涉及一种热驱动双作用热声制冷机系统。

背景技术：

1、热声热机是一种利用热声效应实现热功转换的能量转换装置，其可以在正向和反向循环时分别实现发动机和制冷机功能。热声发动机内部工质通常采用氦气等惰性气体，是一种闭式结构。因此可采用地热能、太阳能和工业余热等低温热源作为能量供应。

2、传统的热驱动热声制冷机系统，其发动机高温换热器从高温热源吸收热量与室温换热器相互作用，从而在发动机回热器产生温度梯度并将热能转化为声功；声功通过热缓冲管后进入制冷机单元，最终在低温换热器处产生冷量；剩余声功通过缓冲腔和谐振管回到发动机单元形成环路。其主要缺点在于采用谐振管结构，谐振管所占空间较大、长管导致沿程损耗较大，进而导致热驱动热声制冷机系统体积大、效率低，且加热与制冷温比存在限制。

技术实现思路

1、本发明提供一种热驱动双作用热声制冷机系统，用以解决现有技术中热驱动热声制冷机体积大、效率低的缺陷。

2、本发明提供一种热驱动双作用热声制冷机系统，包括：发动机子系统、制冷机子系统，所述发动机子系统和所述制冷机子系统连接成环路结构，所述环路结构具有第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述发动机子系统的第一侧以及所述制冷机子系统的第一侧之间，所述第二腔体位于所述发动机子系统的第二侧以及所述制冷机子系统的第二侧之间；第一活塞，设置于所述第一腔体内，所述第一活塞将所述第一腔体分隔为第一压缩腔体和第二压缩腔体；第二活塞，设置于所述第二腔体内，所述第二活塞将所述第二腔体分隔为第一膨胀腔体和第二膨胀腔体；其中，所述第一活塞与所述第二活塞具有相位差。

3、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，所述第一活塞包括依次连接的第一凸块、第一杆体和第二凸块，所述第二活塞包括依次连接的第三凸块、第二杆体和第四凸块；其中，在所述发动机子系统两侧的温度比大于所述制冷机子系统两侧的温度比时，所述第一凸块的表面积小于所述第二凸块的表面积，所述第三凸块的表面积小于所述第四凸块的表面积；在所述发动机子系统两侧的温度比小于所述制冷机子系统两侧的温度比时，所述第一凸块的表面积大于所述第二凸块的表面积，所述第三凸块的表面积大于所述第四凸块的表面积。

4、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，还包括一对隔热圆筒，两个所述隔热圆筒分别设置于所述第一膨胀腔体和所述第二膨胀腔体内，以阻止所述第一膨胀腔体内的气体与所述第二膨胀腔体内的气体连通。

5、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，还包括锁相结构，所述锁相结构分别与所述第一活塞和所述第二活塞连接，以使所述第一活塞和所述第二活塞之间具有相位差，其中，所述第一活塞与所述第二活塞之间的相位差为60°-120°。

6、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，还包括飞轮，设置于所述锁相结构，所述飞轮用于连接负载或阻尼。

7、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，还包括压缩机和发电机，所述压缩机与所述第一活塞连接，所述发电机与所述第二活塞连接。

8、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，所述环路结构的数量为多个，多个所述环路结构依次连接形成环形，相邻两个所述环路结构中前一个所述环路结构的第二活塞与后一个所述环路结构的第一活塞连接。

9、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，所述第一活塞与所述第二活塞之间的相位差为360°与所述环路结构的数量的比值。

10、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，所述发动机子系统包括依次连接的第一换热器、第一回热器和第二换热器，所述第一换热器与所述第一活塞邻近设置，所述第二换热器与所述第二活塞邻近设置。

11、根据本发明提供的一种热驱动双作用热声制冷机系统，所述制冷机子系统包括依次连接的第三换热器、第二回热器和第四换热器，所述第三换热器与所述第一活塞邻近设置，所述第四换热器与所述第二活塞邻近设置。

12、本发明实施例提供的热驱动双作用热声制冷机系统，通过设置第一活塞和第二活塞进行调相，相较于传统结构而言，提升了系统的紧凑性和效率，避免了较大的声直流和沿程损耗，使加热温度和制冷温度的匹配问题得到了解决，制冷机子系统的制冷温度不再受到发动机子系统加热温度的限制，使得热驱动双作用热声制冷机系统在地热能、太阳能以及工业余热等低温热源驱动下，也能获得天然气温区的冷量，提高了热驱动制冷的效率。

技术特征：

1.一种热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，所述第一活塞包括依次连接的第一凸块、第一杆体和第二凸块，所述第二活塞包括依次连接的第三凸块、第二杆体和第四凸块；

3.根据权利要求1所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，还包括一对隔热圆筒，两个所述隔热圆筒分别设置于所述第一膨胀腔体和所述第二膨胀腔体内，以阻止所述第一膨胀腔体内的气体与所述第二膨胀腔体内的气体连通。

4.根据权利要求1所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，还包括锁相结构，所述锁相结构分别与所述第一活塞和所述第二活塞连接，以使所述第一活塞和所述第二活塞之间具有相位差，其中，所述第一活塞与所述第二活塞之间的相位差为60°-120°。

5.根据权利要求4所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，还包括飞轮，设置于所述锁相结构，所述飞轮用于连接负载或阻尼。

6.根据权利要求1所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，还包括压缩机和发电机，所述压缩机与所述第一活塞连接，所述发电机与所述第二活塞连接。

7.根据权利要求1所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，所述环路结构的数量为多个，多个所述环路结构依次连接形成环形，相邻两个所述环路结构中前一个所述环路结构的第二活塞与后一个所述环路结构的第一活塞连接。

8.根据权利要求7所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，所述第一活塞与所述第二活塞之间的相位差为360°与所述环路结构的数量的比值。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，所述发动机子系统包括依次连接的第一换热器、第一回热器和第二换热器，所述第一换热器与所述第一活塞邻近设置，所述第二换热器与所述第二活塞邻近设置。

10.根据权利要求9所述的热驱动双作用热声制冷机系统，其特征在于，所述制冷机子系统包括依次连接的第三换热器、第二回热器和第四换热器，所述第三换热器与所述第一活塞邻近设置，所述第四换热器与所述第二活塞邻近设置。

技术总结本发明涉及制冷机技术领域，提供一种热驱动双作用热声制冷机系统，包括：发动机子系统和制冷机子系统连接成环路结构，第一腔体位于发动机子系统的第一侧以及制冷机子系统的第一侧之间，第二腔体位于发动机子系统的第二侧以及制冷机子系统的第二侧之间；第一活塞设置于第一腔体内，第一活塞将第一腔体分隔为第一压缩腔体和第二压缩腔体；第二活塞设置于第二腔体内，第二活塞将第二腔体分隔为第一膨胀腔体和第二膨胀腔体；第一活塞与第二活塞具有相位差。上述的热驱动双作用热声制冷机系统，相较于传统结构而言，提升了系统的紧凑性和效率，避免了较大的声直流和沿程损耗，提高了热驱动制冷的效率。技术研发人员：胡剑英,常德鹏,罗二仓,孙岩雷,罗靖,陈燕燕,张丽敏,余国瑶,吴张华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：2024/5/29