[发明专利]一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统

权利要求书

1.一种直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其由环路型行波热声制冷机及直线压缩机组成；所述环路型行波热声制冷机包含N个热声制冷机核心单元（1），每个热声制冷机核心单元（1）间通过谐振管（110）首尾连接构成环路；所述直线压缩机旁接于环路中的谐振管（110）上，所述N为3-10的正整数；

所述每一热声制冷机核心单元（1）包含依次相连的次室温端换热器（101）、热缓冲管（103）、冷端换热器（105）、回热器（106）和主室温端换热器（107）；其特征在于，还包括连接于次室温端换热器（101）与热缓冲管（103）间的室温端层流化元件（102）和连接于热缓冲管（103）与冷端换热器（105）间的冷端层流化元件（104）；

所述谐振管（110）一端连接第一变径管（108），所述第一变径管（108）与所述热声制冷机核心单元（1）的主室温端换热器（107）相连；所述谐振管（110）另一端依次连接有第二变径管（111）、连接腔（112）和第三变径管（113），所述第三变径（113）与下一级热声制冷机核心单元（1）的次室温端换热器（101）相连；以构成环路型行波热声制冷机；

所述的直线压缩机（2）包含两个对置运动的直线电机；所述的直线电机由活塞（201）、支撑单元（202）、定子线圈（203）、动子磁体（204）及外壳（205）组成；所述的直线压缩机（2）依次通过第三变径管（113）、连接腔（112）及第二变径管（111）旁接于谐振管（110）上，以构成直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统；

所述的直线压缩机（2）中的定子线圈（203）接入交流电，根据电磁感应原理，交流电驱动动子磁体（204）在定子线圈（203）中运动，动子磁体（204）带动活塞（201）做往复运动而将电能转化为声功，并输出到环路型行波热声制冷机中；相邻热声制冷机核心单元（1）的直线压缩机（2）的驱动电压幅值相等，电压间存在相位差，所述相位差为360度/N；

上一级热声制冷机核心单元未消耗的声功经由第三变径（113）与本级直线压缩机（2）输出的声功在连接腔（112）中汇合，并经由第二变径（111）、谐振管（110）以及第一变径（108）从本级热声制冷机核心单元的主室温端换热器（107）进入到该热声制冷机核心单元的回热器（106）中，该回热器（106）通过消耗声功将热量从冷端换热器（105）泵送到次室温端换热器（101），在该回热器（106）中形成温度梯度；冷端换热器（105）与低温热源相连，通过吸收低温热源的热量来维持或降低低温热源的温度；所述的主室温端换热器（107）和次室温端换热器（101）分别与室温热源相连，该主室温端换热器（107）将热量释放给环境而形成室温端；经过该回热器（106）后未消耗的剩余声功依次经过冷端换热器（105），热缓冲管（103）和次室温换热器（101），输出到下一级直线压缩机的连接腔中，该剩余声功与下一级直线压缩机的输出声功相汇合，通过下一级热声制冷机核心单元的谐振管进入到下一级热声制冷机核心单元，实现声功的回收利用；如此循环，构成直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统。

2.根据权利要求书1所述的直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其特征在于，所述的直线压缩机（2）旁接于环路型行波热声制冷机的谐振管（110）上的任意位置。

3.根据权利要求书2所述的直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其特征在于，所述的直线压缩机（2）旁接于上一级热声制冷机核心单元的次室温换热器（101）侧或者旁接于本级热声制冷机核心单元的主室温换热器（108）侧。

4.根据权利要求书1所述的直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其特征在于，所述热缓冲管（103）横截面积与其两端的冷端换热器（103）横截面积及次室温端换热器（101）横截面积比在0.75～1.25之间。

5.根据权利要求书1所述的直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其特征在于，所述的谐振管（110）的流通面积为热声制冷机核心单元处流通面积的1/25到1/10；所述谐振管（110）长度为声波长/N。

6.根据权利要求书1所述的直线压缩机驱动的环路型行波热声制冷系统，其特征在于，热声制冷机核心单元（1）还包括放置环路中的直流抑制器（109）；所述环路直流抑制器（109）位于第一变径管（108）直径大的一端；所述环路声直流抑制元件（109）为弹性膜或非对称喷射泵。