阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统

本发明涉及热声，尤其涉及一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统。

背景技术：

1、热声技术是基于热声效应，即热能与声能这种形式的机械能之间的能量相互转换现象，热声正效应能够将热能转换为声功，而热声逆效应则可以通过声功驱动来产生制冷或泵热。热驱动热声制冷机/热泵系统正是基于热声正效应和热声逆效应，热声发动机单元将热能转化为声功，并直接用于驱动热声制冷机/热泵单元，从而实现热能-声能-制冷/泵热的能量转换过程。热驱动热声制冷机/热泵系统具有结构紧凑、功率密度和潜在效率高、工质绿色环保等优势，尤其在电力缺乏但热能丰富的场合具有良好的应用前景。

2、热声热声制冷机/热泵系统可分为双驻波型、行驻波混合型以及双行波型。与双驻波型和行驻波混合型相比，双行波环路型制冷机/热泵在理论和实验上均初步显示具有更高的热制冷效率和功率密度。但是，对于双行波环路型制冷机/热泵系统，当加热温度升高时，热声发动机单元所产生声功较多，而热声制冷机/热泵单元的耗功量较少，系统能量不匹配，会使得整机系统热驱动制冷/制热系数严重下降。

技术实现思路

1、本发明提供一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，用以解决现有技术中当热端温度较高时，热声发动机所产生的声功与热声制冷机/热泵所消耗声功不匹配的缺陷。

2、本发明提供一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，包括：多个热声单元，每个所述热声单元包括热声发动机和热声制冷机/热泵，所述热声发动机内设置有阶梯活塞，所述阶梯活塞能够在所述热声发动机内往复运动，所述阶梯活塞与所述热声发动机的壁面之间存在间隙，所述间隙内设置有密封圈或采用间隙密封；多个连接管，多个所述热声单元依次通过所述连接管连接成环形管路。

3、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，还包括多个气液耦合谐振器，每个所述气液耦合谐振器设置于相邻的两个所述热声单元之间，每个所述气液耦合谐振器的两端分别与所述连接管连通，所述气液耦合谐振器用于调节所述阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统的共振频率。

4、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述热声发动机还包括：第一换热器、第一回热器和第二换热器，所述第一换热器、所述第一回热器和所述第二换热器依次排布，所述第一换热器、所述第一回热器和所述第二换热器均为环形结构，所述阶梯活塞的部分位于所述环形结构的内腔内。

5、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述阶梯活塞包括第一本体和第二本体，所述第一本体的直径大于所述第二本体的直径，所述第二本体穿设于所述内腔内。

6、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述热声发动机还包括第一缓冲管，所述第二换热器与所述热声制冷机/热泵通过所述第一缓冲管连接。

7、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述热声发动机还包括：冷源，用于维持所述第一换热器的温度；热源，用于提高所述第二换热器的温度。

8、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述热声制冷机/热泵包括：第三换热器、第二回热器和第四换热器，所述第三换热器、所述第二回热器和所述第四换热器依次排布，其中，所述第三换热器与所述第一缓冲管连接。

9、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述热声制冷机/热泵还包括第二缓冲管，所述第二缓冲管与所述第四换热器连接。

10、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，所述气液耦合谐振器包括u型管体，所述u型管体的两端分别与所述连接管连接，所述u型管体内填充有液体，所述液体用于调节共振频率。

11、根据本发明提供的一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，还包括液体分隔元件，所述液体分隔元件设置于所述u型管体内液体上方，每个所述u型管体的两侧液体上方均设置有所述液体分隔元件，以将液体阻挡在所述u型管体内。

12、本发明提供的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，通过在每个热声发动机内设置阶梯活塞，阶梯活塞做功可将热声发动机部分声功消耗，从而减少进入热声制冷机/热泵内的声功的量，以实现更高加热温度条件下热声发动机产生的声功与热声制冷机/热泵需要消耗声功之间的高效能匹配。

技术特征：

1.一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，还包括多个气液耦合谐振器，每个所述气液耦合谐振器设置于相邻的两个所述热声单元之间，每个所述气液耦合谐振器的两端分别与所述连接管连通，所述气液耦合谐振器用于调节所述阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统的共振频率。

3.根据权利要求1所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述热声发动机还包括：第一换热器、第一回热器和第二换热器，所述第一换热器、所述第一回热器和所述第二换热器依次排布，所述第一换热器、所述第一回热器和所述第二换热器均为环形结构，所述阶梯活塞的部分位于所述环形结构的内腔内。

4.根据权利要求3所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述阶梯活塞包括第一本体和第二本体，所述第一本体的直径大于所述第二本体的直径，所述第二本体穿设于所述内腔内。

5.根据权利要求3所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述热声发动机还包括第一缓冲管，所述第二换热器与所述热声制冷机/热泵通过所述第一缓冲管连接。

6.根据权利要求3所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述热声发动机还包括：

7.根据权利要求5所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述热声制冷机/热泵包括：第三换热器、第二回热器和第四换热器，所述第三换热器、所述第二回热器和所述第四换热器依次排布，其中，所述第三换热器与所述第一缓冲管连接。

8.根据权利要求7所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述热声制冷机/热泵还包括第二缓冲管，所述第二缓冲管与所述第四换热器连接。

9.根据权利要求2所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，所述气液耦合谐振器包括u型管体，所述u型管体的两端分别与所述连接管连接，所述u型管体内填充有液体，所述液体用于调节共振频率及声学相位。

10.根据权利要求9所述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，其特征在于，还包括液体分隔元件，所述液体分隔元件设置于所述u型管体内液体上方，每个所述u型管体的两侧液体上方均设置有所述液体分隔元件，以将液体阻挡在所述u型管体内。

技术总结本发明涉及热声技术领域，提供一种阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，包括：多个热声单元，每个热声单元包括热声发动机和热声制冷机/热泵，热声发动机内设置有阶梯活塞，阶梯活塞能够在热声发动机内往复运动，阶梯活塞与热声发动机的壁面之间存在间隙，间隙内设置有密封圈或采用间隙密封；多个热声单元依次通过连接管连接成环形管路。上述的阶梯活塞分流型热驱动热声制冷机/热泵系统，通过在每个热声发动机内设置阶梯活塞，利用阶梯活塞往复运动做功，可将热声发动机产生的部分声功消耗，从而减小进入热声制冷机/热泵内的声功的量，以实现更高加热温度条件下热声发动机产生的声功与热声制冷机/热泵需要消耗声功之间的高效能匹配。技术研发人员：罗二仓,迟佳欣,罗开琦,吴张华,张丽敏,胡剑英,杨睿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