一种电驱动的行波热声制冷机系统技术方案

本电驱动的行波热声制冷机系统，包括依次相连并成回路的冷端换热器，回热器，加热器，热缓冲管，热端换热器、环形连接管道及位于管道中的压力波发生器；发生器有一气缸，其内的套管一端套在管道上，另一端装有直线滑动轴承；气缸与套管之间的腔体内固定一带有圆环形腔道的双环形导磁软铁，其外环磁壁中嵌有永磁体；桶壁上绕线圈的线圈支架固定在气缸内壁上，线圈部分插入圆环形腔道内；热端管道内装有扫气弹性／质量组件，其质量元件装在热端管道内并随扫气弹性元件的位移滑动；室温管道内安装有调相弹性／质量组件，其质量元件装在管道内并随调相弹性元件的位移滑动。可通过对压力波动与体积流波动间相位差的调节，回收声功，并抑制回路的环流，减小热损失，提高制冷机性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制冷与低温
，特别是涉及一种电驱动的行波热声制冷系统。
技术介绍
对于传统的行波型热声制冷机，从压力波发生器输入系统的声功由以下方程来表明W=12Re=12|p~U~|cosΦpu=VΩ4|p~|·cosΦpu---(1)]]>(1)式中，Re[]表示对方括号中的复数取实部，*表示复数共轭，||表示对该符号中的复数取幅值， 及 分别表示压力及体积流波动，Φpu表示压缩压力波动和体积速度波动之间的相位夹角，V表示压力波发生器活塞的扫气容积，Ω表示压缩机工作角频率。(1)式中，输入系统的声功不仅取决于压力幅值与扫气容积、角频率的乘积，同时还取决于两者间的相位差。在实际运行时由于压力波动与体积流波动间的相位差接近90°，所以输入系统的声功很小，压力波发生器的能力并没有得到较好的利用。举例来说，cos80°＝0.1736，而cos60°＝0.5，可见在相位上的20°的提高获得了声功输入上接近2倍的增长，此时，对于相同频率下等量的声功需求可以采用扫气容积较小的压力波发生器。由此可见，在行波热声制冷机中调节压力波动与体积流波动的相位有着重要意义。调相手段的运用并非只有在行波热声制冷机中才出现，在整体式斯特林制冷机中，如图5所示，驱动电机通过曲柄连杆机构22来控制压缩活塞7与调相活塞16之间的相位差，从而实现制冷。这是一种主动式调相机构。整体式斯特林制冷机的缺点是其压缩机活塞和排除器活塞之间的运动相位需要复杂的机械运动机构来完成，两个活塞与汽缸之间均有摩擦，特别是处于低温下的排除器活塞的运动大大地降低了系统的可靠性，同时还会引起较大的损失和较大的机械振动。近来出现的行波热声制冷机如图4所示(该热声系统由一回路构成，回路中放置有两个室温换热器和一个冷端换热器，压力波从一支路输入)，它是一种在低温下没有运动部件的热声分置式斯特林制冷机，它通过惯性管21及声容来调节回路中压力波和速度波之间的相位差，但是这种分置式的结构导致了在压力波发生器的压缩腔中的压力波和速度波的相位很接近90°，致使压缩机的能力得不到充分发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中行波制冷机利用惯性管及声容难于调节压缩腔中压力波和速度波相位的问题；克服大的声功需求需要大的压力波发生器、引来制造困难的问题；克服行波热声制冷机的压力波发生器未能得到充分利用的问题。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的电驱动的行波热声制冷机系统，包括依次相连并形成回路的冷端换热器1，回热器2，加热器3，热缓冲管4，热端换热器5和环形连接管道，其特征在于，还包括一安装在环形连接管道中的压力波发生器；所述压力波发生器包括一圆筒型气缸23，该圆筒型气缸23一端连通与冷端换热器1相连的室温管道18，另一端开口，其开口端安装一套管24，所述套管24一端套装在与热端换热器5相连的热端管道6的外壁上并紧密配合，另一端设有圆形中心小孔；在圆筒型气缸23与套管24之间的腔体内固定安装一带有圆环形腔道111的双环形导磁软铁11，所述双环形导磁软铁11的外环磁铁壁中镶嵌一段等厚度的圆环形永磁体10；一桶壁上绕有线圈12的线圈支架14固定在所述圆筒型气缸23的内壁上，其绕有线圈12的部分插入双环形导磁软铁11的圆环形腔道111内；所述线圈支架14的中心处固定一穿过套管24上的圆形中心小孔的轴30；圆形中心小孔内的轴30上安装有直线滑动轴承9；所述热端管道6内安装一扫气弹性/质量组件，该扫气弹性/质量组件由彼此相连的扫气弹性元件8和质量元件7组成，扫气弹性元件8与直线滑动轴承9端面相连，质量元件7安装在热端管道6内并随扫气弹性元件8的弹性位移而在热端管道6内滑动；所述室温管道18内安装一调相弹性/质量组件，该调相弹性/质量组件由彼此相连的调相弹性元件17和质量元件16组成，所述的调相弹性元件17与线圈支架14端面相连，所述质量元件16安装在室温管道18内并随调相弹性元件17的弹性位移而在室温管道18内滑动。所述室温管道18与圆筒型气缸23之间连通一连通管26，连通管26上安装一用于充放气时平衡直线发电机内外压力的通气阀门19。所述扫气弹性-质量组件可为弹簧-活塞组件，其弹簧为弹性元件，活塞为质量元件；所述弹簧可为金属材料盘旋而成的普通螺旋弹簧，或压缩/拉伸时不产生旋转运动的在一段金属管上切割而成的压缩/拉伸弹簧。所述扫气弹性-质量组件还可为波纹管-质量块组件，其波纹管为弹性元件，质量块为质量元件；所述波纹管为几层叠放焊接在一起的刚性成型波纹管，或为薄不锈钢片在边缘焊接在一起柔性波纹管。所述调相弹性-质量组件可为弹簧-活塞组件，其弹簧为弹性元件，活塞为质量元件；所述弹簧为金属材料盘旋而成的普通螺旋弹簧，或压缩/拉伸时不产生旋转运动的在一段金属管上切割而成的压缩/拉伸弹簧；所述调相弹性-质量组件还可为波纹管-质量块组件，其波纹管为弹性元件，质量块为质量元件；所述波纹管-质量块组件中的波纹管为几层叠放焊接在一起的刚性成型波纹管，或为薄不锈钢片在边缘焊接在一起柔性波纹管。本专利技术提供的电驱动行波热声制冷系统与现有技术相比，其优点是a)通过对压力波动与体积流波动间相位差的调节，一方面回收了声功，另一方面使得压力波发生器在等量的扫气容积下产生的声功增大，充分利用了压力波发生器的声功产生能力；b)将压力波发生器置于行波回路，彻底地抑制了回路的环流，减小了环流的引起的热损失，从而提高了制冷机的性能；c)用体积较小的弹性-质量组件取代了传统行波制冷机中用于调相的惯性管及声容，有利于系统的微型化与实用化。附图说明图1为本专利技术提供的电驱动行波热声制冷系统实施例1的结构示意图；图2为本专利技术提供的电驱动行波热声制冷系统实施例2的结构示意图； 图3为本专利技术提供的电驱动行波热声制冷系统实施例3的结构示意图；图4为传统热声行波制冷机系统结构示意图；图5为整体式斯特林制冷机结构示意图。图6为两自由度弹簧-阻尼器-质量块原理图。图7为(在金属管壁上切割出径向间隙，间隙间相互绕轴旋转错开一定角度的)新型机械弹簧。具体实施例方式在叙述具体实施方式前，首先对本专利技术的调相原理说明如下图6是二自由度弹簧、阻尼器质量系统原理图，如图所示，其中k1，k2，k3分别为弹簧的刚度系数，c1，c2，c3分别为线性阻尼器的阻尼系数，则两自由度系统对简谐激励的稳态响应表达式，由系统运动微分方程得m1x··1=F1(t)-c1x·1+c2(x·2-x·1)-k1x1+k2(x2-x1)]]>m2x··2=F2(t)-c3x·2-c2(x·2-x·1)-k3x2-k2(x2-x1)]]>(2)设F1(t)＝F1eiΩt，F2(t)＝0，则可解得适合本专利技术的稳态响应为x1(t)=F1Z22(Ω)Z11(Ω)Z22(&am本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电驱动的行波热声制冷机系统，包括依次相连并形成回路的冷端换热器（１），回热器（２），加热器（３），热缓冲管（４），热端换热器（５）和环形连接管道，其特征在于，还包括一安装在环形连接管道中的压力波发生器；所述压力波发生器包括：一圆 筒型气缸（２３），该圆筒型气缸（２３）一端连通与冷端换热器（１）相连的室温管道（１８），另一端开口，其开口端安装一套管（２４），所述套管（２４）一端套装在与热端换热器（５）相连的热端管道（６）的外壁上并紧密配合，另一端设有圆形中心小孔；在圆筒型气缸（２３）与套管（２４）之间的腔体内固定安装一带有圆环形腔道（１１１）的双环形导磁软铁（１１），所述双环形导磁软铁（１１）的外环磁铁壁中镶嵌一段等厚度的圆环形永磁体（１０）；一桶壁上绕有线圈（１２）的线圈支架（１４）固定在所述圆筒型气缸（２３）的内壁上，其绕有线圈（１２）的部分插入双环形导磁软铁（１１）的圆环形腔道（１１１）内；所述线圈支架（１４）的中心处固定一穿过套管（２４）上的圆形中心小孔的轴（３０）；圆形中心小孔内的轴（３０）上安装有直线滑动轴承（９）；所述热端管道（６）内安装一扫气弹性／质量组件，该扫气弹性／质量组件由彼此相连的扫气弹性元件（８）和质量元件（７）组成，扫气弹性元件（８）与直线滑动轴承（９）端面相连，质量元件（７）安装在热端管道（６）内并随扫气弹性元件（８）的弹性位移而在热端管道（６）内滑动；所述室温管道（１８）内安装一调相弹性／质量组件，该调相弹性／质量组件由彼此相连的调相弹性元件（１７）和质量元件（１６）组成，所述的调相弹性元件（１７）与线圈支架（１４）端面相连，所述质量元件（１６）安装在室温管道（１８）内并随调相弹性元件（１７）的弹性位移而在室温管道（１８）内滑动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗二仓，吴张华，戴巍，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]