双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统

本发明涉及热声斯特林领域，尤其涉及一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统。

背景技术：

1、热声效应的定义为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、在双效自由活塞斯特林制冷/热泵系统中，在双效自由活塞斯特林制冷/热泵系统中，发动机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，从而在发动机内部产生温度梯度，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。声功通过谐振活塞传递至制冷机/热泵侧，实现制冷/泵热效应。发动机与制冷机中的排出器起到声场调节的作用。双效自由活塞斯特林制冷/热泵系统可以采用低品位热源作为加热热源，热能利用效率较高，具有实现高效率转换的潜力和优点。

3、然而，目前双效自由活塞斯特林制冷/热泵系统由于存在多个机械运动部件(例如：排出器与谐振活塞)，多个机械运动部件均需要间隙密封，因此，现有的热驱动自由活塞制冷热泵系统对加工精度和装配的要求都比较高，且多个机械运动部件需要支撑、气缸活塞表面还需要自润滑处理，导致现有的热驱动自由活塞制冷热泵系统的设备成本高、加工难度高、可靠性差。

技术实现思路

1、本发明提供一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，用以解决现有的双效自由活塞斯特林制冷/热泵系统中，采用传统机械自由活塞所带来的加工难度高、可靠性差的问题。

2、本发明提供一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，包括：热声发动机、热声制冷机以及气液谐振器；所述热声制冷机包括依次相连的热声制冷机室温换热器、热声制冷机回热器、热声制冷机冷端换热器、热声制冷机缓冲管；所述热声发动机的出口与所述气液谐振器的第一进口连通，所述热声发动机的进口与所述气液谐振器的第一出口连通；所述热声制冷机室温换热器与所述气液谐振器的第二进口连通，所述热声制冷机缓冲管与所述气液谐振器的第二出口连通。

3、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述热声发动机包括依次相连的热声发动机室温换热器、热声发动机回热器、热声发动机热端换热器、热声发动机缓冲管以及热声发动机次级水冷器；所述热声发动机次级水冷器与所述第一进口连通，所述热声发动机室温换热器与所述第一出口连通。

4、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述热声制冷机包括：热声制冷机次级水冷器，一端与所述热声制冷机缓冲管连通，另一端与所述第二出口连通。

5、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述气液谐振器包括气液谐振管和液体振子，所述液体振子设置于所述气液谐振管；所述液体振子包括：发动机液体排出器连杆、发动机液体排出器、液体谐振活塞、制冷机液体排出器及制冷机液体排出器连杆；发动机液体排出器连杆设置于所述气液谐振管的一端；发动机液体排出器与所述发动机液体排出器连杆连通，发动机液体排出器的一端通过所述气液谐振管与所述热声发动机的一端连接，发动机液体排出器的另一端通过所述气液谐振管与所述热声发动机的另一端连接；液体谐振活塞的一端通过所述气液谐振管与所述热声发动机的一端连接，液体谐振活塞的另一端通过所述气液谐振管与所述热声制冷机的一端连接；制冷机液体排出器的一端通过所述气液谐振管与所述热声制冷机的一端、所述液体谐振活塞的另一端连接，制冷机液体排出器的另一端通过所述气液谐振管与所述热声制冷机的另一端连接；制冷机液体排出器连杆设置于所述气液谐振管的一端，且与所述制冷机液体排出器连通。

6、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述液体谐振活塞的两端的端面面积之比为0.7～1.5。

7、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述发动机液体排出器连杆的端面面积与所述发动机液体排出器的端面面积之比为0.01～0.1，所述制冷机液体排出器连杆的端面面积与所述制冷机液体排出器的端面面积之比为0.01～0.1。

8、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述发动机液体排出器的一端与所述热声发动机室温换热器、所述液体谐振活塞连接，所述发动机液体排出器的另一端与所述热声发动机次级水冷器连接，所述发动机液体排出器的一端的端面面积与所述发动机液体排出器的另一端的端面面积之比为0.9～0.99；所述制冷机液体排出器的一端与所述热声制冷机室温换热器、所述液体谐振活塞连接，所述制冷机液体排出器的另一端与所述热声制冷机次级水冷器连接，所述制冷机液体排出器的一端的端面面积与所述制冷机液体排出器的另一端的端面面积之比为0.9～0.99。

9、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述气液谐振器还包括两个气体振子，两个所述气体振子分别设置于所述气液谐振管的两个端部；两个所述气体振子当中的一个、所述发动机液体排出器连杆、所述发动机液体排出器依次连接；两个气体振子当中的另一个、所述制冷机液体排出器连杆、所述制冷机液体排出器依次连接。

10、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统还包括：直流抑制件；所述直流抑制件设于所述气液谐振器与所述热声发动机之间；所述直流抑制件还设于所述气液谐振器与所述热声制冷机之间。

11、根据本发明提供的一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，所述直流抑制件为弹性阻挡件。

12、本发明提供的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，相对于传统的双效自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统而言，通过设置气液谐振器来代替传统机械自由活塞和排出器结构，以液体振子代替原本的固体谐振子和固体排出器结构，以气体振子代替原本的固体弹簧，取消了传统结构中的机械运动部件，能有效缓解现有的热驱动热声斯特林制冷机系统中，采用传统机械自由活塞所带来的加工难度高、装配精度要求高的缺陷，降低了系统的复杂程度，提高了系统的稳定性和可靠性，极大提升使用寿命；同时，相对于传统的双效自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统而言，本发明可以采用低频率工作，且热转换效率高。

技术特征：

1.一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，包括：热声发动机、热声制冷机以及气液谐振器；

2.根据权利要求1所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，所述热声制冷机包括：

4.根据权利要求3所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，

9.根据权利要求1至8任一项所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，所述双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统还包括：直流抑制件；

10.根据权利要求9所述的双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，其特征在于，所述直流抑制件为弹性阻挡件。

技术总结本发明涉及热声技术领域，提供一种双效液体自由活塞热声斯特林制冷/热泵系统，包括：热声发动机、热声制冷机以及气液谐振器；热声制冷机包括依次相连的热声制冷机室温换热器、热声制冷机回热器、热声制冷机冷端换热器、热声制冷机缓冲管；热声发动机的出口与气液谐振器的第一进口连通，热声发动机的进口与气液谐振器的第一出口连通；热声制冷机室温换热器与气液谐振器的第二进口连通，热声制冷机缓冲管与气液谐振器的第二出口连通。本发明能有效缓解现有的双效热驱动热声斯特林制冷机系统中，采用传统机械自由活塞所带来的加工难度高、装配精度要求高的缺陷，降低了系统的复杂程度，提高了系统的稳定性和可靠性，极大提升使用寿命。技术研发人员：罗二仓,胡易伟,罗开琦,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：2024/6/2