專利名稱：風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱聲制冷機(jī)，尤其涉及一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)。
技術(shù)背景熱聲效應(yīng)是熱與聲之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，即聲場(chǎng)中的時(shí)均熱力學(xué)效應(yīng)。熱 聲熱機(jī)本質(zhì)上是一種通過熱聲效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)化或傳輸?shù)难b 置。熱聲熱機(jī)不需要外部的機(jī)械手段就可以使振蕩流體的速度和壓力之間建立 起合理的相位關(guān)系，因此，不需要機(jī)械傳動(dòng)部件，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。按 能量轉(zhuǎn)換方向的不同，熱聲效應(yīng)可分為兩類 一是用熱來產(chǎn)生聲，即熱驅(qū)動(dòng)的 聲振蕩，為熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的工作機(jī)理；二是用聲來產(chǎn)生熱，即聲驅(qū)動(dòng)的熱量傳輸，為熱聲制冷機(jī)的工作原理。只要具備一定的條件，熱聲效應(yīng)在行波聲場(chǎng)、駐波 聲場(chǎng)以及兩者結(jié)合的聲場(chǎng)中都能發(fā)生。從上世紀(jì)七十年代開始，關(guān)于熱聲熱機(jī)的研究開始迅速發(fā)展。1969-1980 年瑞士蘇黎士聯(lián)邦技術(shù)研究所的Rott提出了熱聲振蕩定量理論，奠定了現(xiàn)代線 性熱聲理論的基礎(chǔ)。1979年，Ceperley提出在具有溫度梯度的回?zé)崞髦袀鬏數(shù)?聲波使氣體工質(zhì)經(jīng)歷著與Stirling熱機(jī)相同的熱力過程，當(dāng)聲波沿一個(gè)方向傳 輸時(shí)會(huì)得到強(qiáng)化，而沿相反的方向傳輸時(shí)會(huì)被消弱，其思想成為高效行波熱聲 熱機(jī)研究的起點(diǎn)。受這一思想的影響，1999年美國LANL的Backhaus和Swift 設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)新型行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)，該熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了30%的熱功轉(zhuǎn)換效 率，相對(duì)卡諾效率約為42%，這一結(jié)果可以同內(nèi)燃機(jī)(30-40%)相媲美。 Backhaus等人的研究成果表明，熱聲熱機(jī)不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工質(zhì)環(huán)保，而且可以 達(dá)到很高的熱力學(xué)效率。此后，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)和制冷機(jī)的研究進(jìn)展更加迅猛，取 得了一系列重要研究成果。目前行波熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的壓比已經(jīng)達(dá)到1.30以上，熱 聲發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的脈管制冷機(jī)也已相繼達(dá)到液氮和液氫溫區(qū)。迄今為止，幾乎所有的熱聲熱機(jī)研究中都采用熱能(大多通過電能轉(zhuǎn)換產(chǎn) 生)對(duì)熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)供能，產(chǎn)生的聲能用來驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)獲得冷量。為獲得強(qiáng)聲場(chǎng) 和大功率聲功輸出，目前熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)加熱器的工作溫度一般在50(TC以上。對(duì) 高溫?zé)嵩吹囊蕾嚥焕谔岣呦到y(tǒng)的熱效率，并限制了熱聲熱機(jī)的實(shí)用化。為彌 補(bǔ)這一弱點(diǎn)，越來越多的研究者開始把注意力轉(zhuǎn)向低溫位熱能，如采用外加壓 力擾動(dòng)、混合工質(zhì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)等手段降低熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)的起振溫度和工作溫度， 以期利用太陽能、工業(yè)廢熱等驅(qū)動(dòng)。事實(shí)上，自然風(fēng)等時(shí)均流(或平均流，Mean Flow)具有數(shù)量可觀的可利 用動(dòng)能，如能結(jié)合熱聲效應(yīng)加以利用對(duì)于利用可再生能源和提高能源利用率具 有重要意義，這也將大大拓展熱聲熱機(jī)的應(yīng)用空間。熱聲制冷機(jī)內(nèi)是交變流場(chǎng)， 而自然風(fēng)和管道內(nèi)的氣流是時(shí)均流，要實(shí)現(xiàn)二者的結(jié)合，就必須通過特殊設(shè)計(jì) 的聲學(xué)管道把自然風(fēng)等時(shí)均流的能量轉(zhuǎn)換成聲場(chǎng)能。時(shí)均流流過這個(gè)特殊設(shè)計(jì) 的流道時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)出一個(gè)駐波聲場(chǎng)，而熱聲制冷機(jī)就可以利用這個(gè)駐波聲場(chǎng)工 作，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。在曰常生活中就有不少時(shí)均流動(dòng)引起聲振蕩的例子，如當(dāng)對(duì)著豎直放置 的瓶口水平吹氣時(shí)，可以聽到瓶?jī)?nèi)傳出的嗡嗡聲，這說明口中吹出的氣流(時(shí) 均流)在瓶?jī)?nèi)引起了聲振蕩(聲場(chǎng))。瓶?jī)?nèi)氣體由靜止轉(zhuǎn)為振蕩必然吸收了外 界的能量，由于瓶壁靜止，所以能量只能來自于從瓶口掠過的氣流。類似的例 子，還有吹口琴和笛子。事實(shí)上，這些日?，F(xiàn)象的背后有著復(fù)雜的物理過程發(fā) 生，首先，當(dāng)氣流掠過時(shí)，受瓶?jī)?nèi)靜止氣體的影響粘性邊界層在瓶口脫離；其 次，脫離的邊界層以漩渦的形式巻起形成渦結(jié)構(gòu)，并向瓶?jī)?nèi)的聲場(chǎng)傳遞能量； 再次，能量的傳遞和聲場(chǎng)的存在又反過來影響了隨后的漩渦的形成。整個(gè)過程 形成一個(gè)能量反饋回路，具有高度共振特性。如果把口中吹出的氣流換成高速 的自然風(fēng)，瓶子換成特制的單端開口密閉腔體，高速空氣流會(huì)向腔體內(nèi)傳遞大 的多的能量，從而誘導(dǎo)出一個(gè)具有大聲能密度的駐波聲場(chǎng)；另一方面，如果此 時(shí)聲場(chǎng)中存在熱聲回?zé)崞?或其它固體多孔介質(zhì))，這個(gè)聲振蕩就可以驅(qū)動(dòng)沿 回?zé)崞鬏S向的熱量傳輸，從而產(chǎn)生泵熱效應(yīng)，這是熱聲效應(yīng)的一種形式——聲 振蕩驅(qū)動(dòng)的熱量傳輸。把上述兩個(gè)過程結(jié)合在一起，就構(gòu)成自然風(fēng)驅(qū)動(dòng)的熱聲 振蕩系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)以風(fēng)能為驅(qū)動(dòng)源，以聲振蕩作為能量轉(zhuǎn)換的橋梁，最終在 熱聲系統(tǒng)的回?zé)崞魃袭a(chǎn)生一個(gè)顯著的軸向溫度梯度(或可用溫差)。關(guān)于時(shí)均流誘導(dǎo)聲振蕩的研究開始于上世紀(jì)五十年代，此類研究的聲場(chǎng)內(nèi) 不設(shè)有多孔介質(zhì)，因而不發(fā)生顯著的熱效應(yīng)，為純聲振蕩，研究的目的是消除 流體輸送管道中自激強(qiáng)振蕩引起的結(jié)構(gòu)震動(dòng)、疲勞破壞和噪音。德國Karlsru 大學(xué)的Naudascher和美國Lehigh大學(xué)的Rockwell根據(jù)形成機(jī)理把時(shí)均流誘導(dǎo) 聲振蕩分成三大類1)流體-動(dòng)力振蕩型，特征是振蕩源于流體流動(dòng)的固有不 穩(wěn)定性，純的流體-動(dòng)力振蕩只發(fā)生于腔體深度與振蕩波長相比很小的情況；2) 流體-共振振蕩型，特征是流體振蕩受共振波動(dòng)(駐波聲場(chǎng))效應(yīng)影響顯著， 頻率較高，腔體的深度與波長處于同一量級(jí)；3)流體-彈性振蕩型，特征是流 體振蕩與固體邊界的運(yùn)動(dòng)耦合在一起，此類振蕩發(fā)生于當(dāng)腔體的一個(gè)或多個(gè)壁面經(jīng)歷較大位移，且足夠?qū)r(shí)均流的剪切邊界層擾動(dòng)施加反作用時(shí)。上世紀(jì)七 十年代以來，針對(duì)流體-共振振蕩的研究逐漸增多，流場(chǎng)以不穩(wěn)定的時(shí)均流剪 切邊界層、漩渦的產(chǎn)生和脫落以及強(qiáng)駐波聲場(chǎng)為主要特征。這類研究的對(duì)象都 可以抽象成一個(gè)主流管道和一截面尺寸相當(dāng)?shù)膯味碎_口密閉支路，二者內(nèi)的流 體相互連通，主流管道內(nèi)是時(shí)均流場(chǎng)，密閉支路內(nèi)建立的是駐波聲場(chǎng)。圖l給出了一個(gè)典型的時(shí)均、交變流場(chǎng)的十字型連接(雙對(duì)稱T型連接)示意圖，兩 對(duì)稱支路腔體自然耦合成l/2波長諧振器(義=")，曲線表示駐波聲場(chǎng)的壓力 振幅分布。當(dāng)然，兩支路腔體亦可單側(cè)布置，也可以只設(shè)置一個(gè)腔體，前者依 然是1/2波長諧振器，而后者則變?yōu)?/4波長諧振器?；阡鰷u聲學(xué)理論， Bruggeman對(duì)發(fā)生于具有旁支路的管路內(nèi)的空氣聲學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 他認(rèn)為在T型連接處一主管道與旁支路的結(jié)合處一將主流體與封閉支路內(nèi)的 滯止流體分離的不穩(wěn)定剪切邊界層是驅(qū)動(dòng)管路子系統(tǒng)內(nèi)共振聲場(chǎng)的能量源，聲 場(chǎng)建立后又反作用于主流的水力擾動(dòng)。他通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)T型連接處的流動(dòng) 特征強(qiáng)依賴于非穩(wěn)態(tài)(聲場(chǎng))和穩(wěn)態(tài)(時(shí)均流)流速比^'/^c/。，其中^'為密 閉腔體封閉端的壓力振幅，p、 " t/。分別為流體密度、聲速和時(shí)均流速。對(duì) 于時(shí)均流誘導(dǎo)單端開口密閉腔體內(nèi)的振蕩來說，該比值通常大于l(T3。當(dāng) 10-3〈^/^c/。d0"時(shí)，剪切邊界層的上游特征尚能用線性穩(wěn)定理論描述，而當(dāng) /7'/pct/。-0(l)時(shí)，流動(dòng)已經(jīng)本質(zhì)上非線性了。實(shí)驗(yàn)研究證明自然風(fēng)等時(shí)均流能夠在密閉腔體內(nèi)誘導(dǎo)出具有高聲能密度 的駐波聲場(chǎng)，其壓力振幅可以達(dá)到平均壓力的20%以上，在此基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn) 高效的熱聲轉(zhuǎn)換過程，從而為有效利用風(fēng)能提供了一種簡(jiǎn)單、可靠的方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)。 一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng) 裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱聲制冷裝置具有第一駐 波熱聲制冷機(jī)單元、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元、第三駐波熱聲制冷機(jī)單元和第 四駐波熱聲制冷機(jī)單元，每個(gè)制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管、冷端換熱器、 熱聲回?zé)崞骱褪覝負(fù)Q熱器，諧振管前端依次設(shè)有冷端換熱器、熱聲回?zé)崞骱褪?溫?fù)Q熱器，諧振管后端與中央柱管出風(fēng)口相連接。另一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng) 能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱聲制冷裝置具有 第一行波熱聲制冷機(jī)單元、第二行波熱聲制冷機(jī)單元、第三行波熱聲制冷機(jī)單元和第四行波熱聲制冷機(jī)單元，每個(gè)制冷機(jī)單元都具有諧振管、慣性管、聲容、 室溫?fù)Q熱器、熱聲回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器和熱緩沖管，在諧振管前端依次設(shè)有熱 緩沖管、冷端換熱器、熱聲回?zé)崞鳌⑹覝負(fù)Q熱器、聲容，諧振管后端與中央柱 管出風(fēng)口相連接。另一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱聲制冷裝置具有第一帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元、第二帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元、第三帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元和第四帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元，每個(gè)制冷 機(jī)單元都具有諧振管、慣性管、聲容、室溫?fù)Q熱器、熱聲回?zé)崞?、冷端換熱器和熱緩沖管，諧振管前端設(shè)有行波環(huán)路，行波環(huán)路依次設(shè)有熱緩沖管、冷端換 熱器、熱聲回?zé)崞鳌⑹覝負(fù)Q熱器、聲容、慣性管，諧振管后端與中央柱管出風(fēng) 口相連接。所述的風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。收縮風(fēng)管和擴(kuò)散風(fēng)管的形狀 為錐形或喇叭形。本發(fā)明把自然風(fēng)首先進(jìn)行壓縮，增強(qiáng)了中央柱管的風(fēng)壓和流速，從而提高 了風(fēng)能的品位。在中央柱管處引出數(shù)個(gè)熱聲制冷機(jī)單元的諧振管，諧振管是單 端開口密閉腔體，其與中央柱管的連接處將發(fā)生顯著的空氣聲學(xué)現(xiàn)象，在不穩(wěn) 定邊界層的作用下，熱聲制冷機(jī)的諧振腔內(nèi)將建立穩(wěn)定的駐波聲場(chǎng)。通過在諧 振腔內(nèi)設(shè)置換熱器和熱聲回?zé)崞?，可以獲得熱聲制冷效應(yīng)。風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制 冷機(jī)改變了以往熱聲制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式，不需要熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)或其他形式的壓力 波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)，消除了所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，通過特殊設(shè)計(jì)的管道，把自然風(fēng)進(jìn) 行濃縮后進(jìn)行有效利用，為可再生能源的利用提供了一種解決方案。


圖1是時(shí)均、交變流場(chǎng)"十字"型連接示意圖； 圖2(a)是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的駐波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2(b)是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的駐波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖3(a)是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖；圖3(b)是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖4(a)是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的帶環(huán)路結(jié)構(gòu)的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖； 圖4(b)是風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的帶環(huán)路結(jié)構(gòu)的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)側(cè)視圖； 圖中第一駐波熱聲制冷機(jī)單元1、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元2、第三駐波熱聲制冷機(jī)單元3、第四駐波熱聲制冷機(jī)單元4、風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置具有收縮風(fēng)管5、中央柱管6、擴(kuò)散風(fēng)管7、諧振管8、冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞鱅O、室 溫?fù)Q熱器ll、第一行波熱聲制冷機(jī)單元12、第二行波熱聲制冷機(jī)單元13、第 三行波熱聲制冷機(jī)單元14、第四行波熱聲制冷機(jī)單元15、第一帶環(huán)路的行波 熱聲制冷機(jī)單元19、第二帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元20、第三帶環(huán)路的行 波熱聲制冷機(jī)單元21、第四帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元22、慣性管23、聲 容24、熱緩沖管25。
具體實(shí)施方式
如圖2所示，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的駐波熱聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制冷裝 置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管5、中央柱管6和擴(kuò)散風(fēng)管7，熱聲 制冷裝置具有第一駐波熱聲制冷機(jī)單元1、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元2、第三 駐波熱聲制冷機(jī)單元3和第四駐波熱聲制冷機(jī)單元4，每個(gè)制冷機(jī)單元包括相 連接的諧振管8、冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞?0和室溫?fù)Q熱器U，諧振管8 前端依次設(shè)有冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞?0和室溫?fù)Q熱器11，諧振管8后端 與中央柱管6出風(fēng)口相連接。所述的風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。收 縮風(fēng)管5和擴(kuò)散風(fēng)管7的形狀為錐形或喇叭形。風(fēng)向如圖2中的箭頭所指方向。自然風(fēng)吹過時(shí)，首先經(jīng)過收縮風(fēng)管5加速， 經(jīng)過濃縮的風(fēng)具有更多的動(dòng)能，流動(dòng)更加均勻和穩(wěn)定。當(dāng)空氣流掠過中央柱管 6和制冷機(jī)諧振管8的連接處時(shí)，剪切邊界層會(huì)失穩(wěn)，形成渦結(jié)構(gòu)并脫離，不 穩(wěn)定的邊界層作用于制冷機(jī)內(nèi)的滯止氣體，滯止氣體又給它施加了一個(gè)反作 用，于是在制冷機(jī)的聲學(xué)管道內(nèi)建立了一個(gè)駐波聲場(chǎng)。聲場(chǎng)驅(qū)動(dòng)了沿?zé)崧暬責(zé)?器10軸向方向的熱量傳輸，熱量被從冷端換熱器9傳輸?shù)绞覝負(fù)Q熱器11，從 而在冷端換熱器9得到制冷效應(yīng)。如圖3所示，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的行波熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制 冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管5、中央柱管6和擴(kuò)散風(fēng)管7， 熱聲制冷裝置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單元12、第二行波熱聲制冷機(jī)單元13、 第三行波熱聲制冷機(jī)單元14和第四行波熱聲制冷機(jī)單元15，每個(gè)制冷機(jī)單元 都具有諧振管8、慣性管16、聲容17、室溫?fù)Q熱器ll、熱聲回?zé)崞鱅O、冷端 換熱器9和熱緩沖管18，在諧振管8前端依次設(shè)有熱緩沖管18、冷端換熱器9、 熱聲回?zé)崞鱅O、室溫?fù)Q熱器ll、聲容17，諧振管8后端與中央柱管6出風(fēng)口 相連接。所述的風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。收縮風(fēng)管5和擴(kuò)散風(fēng)管 7的形狀為錐形或喇叭形。風(fēng)向如圖3中的箭頭所指方向。自然風(fēng)吹過時(shí)，首先經(jīng)過收縮風(fēng)管5加速，經(jīng)過濃縮的風(fēng)具有更多的動(dòng)能，流動(dòng)更加均勻和穩(wěn)定。當(dāng)空氣流掠過中央柱管6和制冷機(jī)諧振管8的連接處時(shí)，剪切邊界層會(huì)失穩(wěn)，形成渦結(jié)構(gòu)并脫離，不 穩(wěn)定的邊界層作用于制冷機(jī)內(nèi)的滯止氣體，滯止氣體又給它施加了一個(gè)反作 用，于是在制冷機(jī)的聲學(xué)管道內(nèi)建立了一個(gè)穩(wěn)定的聲場(chǎng)。聲場(chǎng)驅(qū)動(dòng)了沿?zé)崧暬?熱器10軸向方向的熱量傳輸，熱量被從冷端換熱器9傳輸?shù)绞覝囟藫Q熱器11， 從而在冷端換熱器9得到制冷效應(yīng)。慣性管16，聲容17在制冷機(jī)中起到調(diào)節(jié) 壓力波動(dòng)和速度波動(dòng)相位的作用，使二者之間的相位在熱聲回?zé)崞?0的軸向 中點(diǎn)處相同或接近相同。如圖4所示，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置 和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管5、中央柱管6和擴(kuò)散 風(fēng)管7，熱聲制冷裝置具有第一帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元19、第二帶環(huán)路 的行波熱聲制冷機(jī)單元20、第三帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元21和第四帶環(huán) 路的行波熱聲制冷機(jī)單元22，每個(gè)制冷機(jī)單元都具有諧振管8、慣性管23、聲 容24、室溫?fù)Q熱器ll、熱聲回?zé)崞鱅O、冷端換熱器9和熱緩沖管25，諧振管 8前端設(shè)有行波環(huán)路，行波環(huán)路依次設(shè)有熱緩沖管25、冷端換熱器9、熱聲回 熱器IO、室溫?fù)Q熱器ll、聲容24、慣性管23，諧振管8后端與中央柱管6出 風(fēng)口相連接。所述的風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。收縮風(fēng)管5和擴(kuò)散 風(fēng)管7的形狀為錐形或喇叭形。風(fēng)向如圖4中的箭頭所指方向。自然風(fēng)吹過時(shí)，首先經(jīng)過收縮風(fēng)管5加速， 經(jīng)過濃縮的風(fēng)具有更多的動(dòng)能，流動(dòng)更加均勻和穩(wěn)定。當(dāng)空氣流掠過中央柱管 6和制冷機(jī)諧振管8的連接處時(shí)，剪切邊界層會(huì)失穩(wěn)，形成渦結(jié)構(gòu)并脫離，不 穩(wěn)定的邊界層作用于制冷機(jī)內(nèi)的滯止氣體，滯止氣體又給它施加了一個(gè)反作 用，于是在制冷機(jī)的聲學(xué)管道內(nèi)建立了一個(gè)穩(wěn)定的聲場(chǎng)。聲場(chǎng)驅(qū)動(dòng)了沿?zé)崧暬?熱器10軸向方向的熱量傳輸，熱量被從冷端換熱器9傳輸?shù)绞覝囟藫Q熱器11， 從而在冷端換熱器9得到制冷效應(yīng)。慣性管23，聲容24在制冷機(jī)中起到調(diào)節(jié) 壓力波動(dòng)和速度波動(dòng)相位的作用，使二者之間的相位在熱聲回?zé)崞?0的軸向 中點(diǎn)處相同或接近相同。每種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)中所設(shè)置的制冷機(jī)單元數(shù)是可以根據(jù)實(shí)際情 況變化的。每種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)中也可以采用混合的制冷機(jī)單元，即一 種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)上可以同時(shí)具有駐波熱聲制冷機(jī)單元和行波熱聲制 冷機(jī)單元。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于它具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管(5)、中央柱管(6)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)，熱聲制冷裝置具有第一駐波熱聲制冷機(jī)單元(1)、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元(2)、第三駐波熱聲制冷機(jī)單元(3)和第四駐波熱聲制冷機(jī)單元(4)，每個(gè)制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管(8)、冷端換熱器(9)、熱聲回?zé)崞?10)和室溫?fù)Q熱器(11)，諧振管(8)前端依次設(shè)有冷端換熱器(9)、熱聲回?zé)崞?10)和室溫?fù)Q熱器(11)，諧振管(8)后端與中央柱管(6)出風(fēng)口相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于所述的 收縮風(fēng)管(5)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)的形狀為錐形或喇叭形。
4. 一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于它具有具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和 熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管(5)、中央柱管(6)和 擴(kuò)散風(fēng)管(7)，熱聲制冷裝置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單元(12)、第二行波 熱聲制冷機(jī)單元(13)、第三行波熱聲制冷機(jī)單元(14)和第四行波熱聲制冷 機(jī)單元(15)，每個(gè)制冷機(jī)單元都具有諧振管(8)、慣性管(16)、聲容(17)、 室溫?fù)Q熱器(11)、熱聲回?zé)崞?10)、冷端換熱器(9)和熱緩沖管(18)，在 諧振管(8)前端依次設(shè)有熱緩沖管(18)、冷端換熱器(9)、熱聲回?zé)崞?10)、 室溫?fù)Q熱器(11)、聲容(17)，諧振管(8)后端與中央柱管(6)出風(fēng)口相連 接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于所述的 收縮風(fēng)管(5)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)的形狀為錐形或喇叭形。
7. —種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于它具有具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和 熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管(5)、中央柱管(6)和 擴(kuò)散風(fēng)管(7),熱聲制冷裝置具有第一帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元(19)、 第二帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元(20)、第三帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元(21)和第四帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元(22)，每個(gè)制冷機(jī)單元都具有諧 振管(8)、慣性管(23)、聲容(24)、室溫?fù)Q熱器(11)、熱聲回?zé)崞?10)、 冷端換熱器(9)和熱緩沖管(25)，諧振管(8)前端設(shè)有行波環(huán)路，行波環(huán)路依次設(shè)有熱緩沖管(25)、冷端換熱器(9)、熱聲回?zé)崞?10)、室溫?fù)Q熱器 (11)、聲容(24)、慣性管(23)，諧振管(8)后端與中央柱管(6)出風(fēng)口 相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置的截面為圓形或多邊形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)，其特征在于所述的 收縮風(fēng)管(5)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)的形狀為錐形或喇叭形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的熱聲制冷機(jī)。它具有風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動(dòng)裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱聲制冷裝置具有第一駐波熱聲制冷機(jī)單元、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元、第三駐波熱聲制冷機(jī)單元和第四駐波熱聲制冷機(jī)單元，每個(gè)制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管、冷端換熱器、熱聲回?zé)崞骱褪覝負(fù)Q熱器，諧振管前端依次設(shè)有冷端換熱器、熱聲回?zé)崞骱褪覝負(fù)Q熱器，諧振管后端與中央柱管出風(fēng)口相連接。本發(fā)明可利用再生能源—風(fēng)能驅(qū)動(dòng)，不需要消耗電能和熱能，大大降低了運(yùn)行成本；整個(gè)系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)部件，制造和維護(hù)成本低；制冷機(jī)出了可以對(duì)外輸出制冷量外，還可以利用熱聲回?zé)崞鲀啥说臏夭铗?qū)動(dòng)熱電半導(dǎo)體發(fā)電。
文檔編號(hào)F25B23/00GK101256040SQ20081006030
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者孫大明, 波 王, 甘智華, 邱利民 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)