[发明专利]无运动部件的热驱动热声制冷机

权利要求书

1.一种热驱动的热声制冷机装置，它可视为一个热声发动机和一个热声制冷机组合而成，它利用振荡的可压缩流体(声)介质与固体介质之间热相互作用产生的热声效应工作，其中热声发动机部分利用热声效应中的热致声作用将高温热源的热量部分转换为声能，声能被直接用于驱动热声制冷机，热声制冷机部分热声效应中的声致冷作用将低温热源的热量输送到环境热源；热声发动机部分由环境温度热声放热器、发动机热声回热器、高温热声吸热器、高温声波导管、发动机热声谐振管、环境温度声波导管、带声阻抗调节器的声波导管或导管组组成的声波反馈调节回路等声学和热声部件组成；热声制冷机部分由环境温度热声放热器、制冷机热声回热器、低温热声吸热器、低温声波导管、制冷机热声谐振管、室温声波导管、声吸收器、带声阻抗调节器的声波导管或导管组组成的声波反馈调节回路等部件组成；热声发动机部分和热声制冷机部分共用一个由带声阻抗调节器的声波导管构成的声波的主反馈调节回路；其主要特征是，热声发动机和热声制冷机中的声场是均是半波谐振或半波近谐振声场，各回路的长度约为声波的半波长或大于四分之一波长和小于半波长；在热声发动机回热器中，工作流体速度波动的相位超前于压力波动的相位，声场的行波部分和驻波部分产生的热声效应均是热致声效应；在热声制冷机回热器中，工作流体压力波动的相位超前于速度波动的相位，声场的行波部分和驻波部分产生的热声效应均是泵热效应；发动机热声谐振管的两端分别处于高温和环境温度，制冷机热声谐振管的两端分别处于环境温度和低温(制冷温度)；发动机热声回热器产生的声能流的一部分由声波的主反馈调节回路反馈给发动机热声回热器，形成一个贯穿整个热声回热器的声能流(行波)；制冷机由热声发动机部分提供的声能流一部分提供给热声回热器用于泵热，一部分通过热声回热器和热声谐振管传播到热声发动机部分，形成一个穿透整个制冷机的声能流(行波)；热声发动机与热声制冷机部分共用的声波的主反馈调节回路连接在发动机与制冷机共用的两个环境温度声波导管之间，声波的次反馈调节回路分别连接在发动机和制冷机的热声回热器和热声谐振管之间。

2.按权利要求1所述的热驱动的热声制冷机，其特征是其发动机和制冷机部分的声波导管、热声回热器和热声谐振管由金属管或非金属管制作，其轴线的布置形状可以分别是直线形、U形、弯曲形或部分弯曲形；热声回热器和热声谐振管之间的相对位置可以为同轴和非同轴布置。

3.按权利要求1所述的热驱动的热声制冷机，其特征是其发动机和制冷机部分的热声回热器的内部结构可以是固体薄板(如金属薄板)的叠层结构，板与板之间形成声流道；也可以是采用金属丝网的堆叠形成多孔性声流道或其它类型的固体多孔材料(如颗粒材料)；回热器中，声流道的形状可以是多种多样或同一回热器中采用多种形状的组合；热声回热器可以是直管，也可以采用从低温端向高温端扩张的变截面管，如喇叭形连续扩张，或梯形阶梯式扩张；热声回热器与外热源应有良好的热绝缘。

4.按权利要求1所述的热驱动的热声制冷机，其特征是其发动机和制冷机部分的热声谐振管是一段与外界有良好绝热的，两端分别与一端为高温端(对发动机)或为低温端(对制冷机)，另一端为环境温度端相连的固体管道，它的两端视情形可设有高、低温热声换热器，以维持两端温度恒定；热声谐振管应采用轴向导热性较差的管道，如薄壁金属管或非金属管，或外壁面为金属内壁面为非金属的复合型薄壁管道；热声谐振管的截面形状可以多种多样，沿轴向方向可采用直管，也可以采用从高温端向低温端收缩的变截面管，如喇叭形连续收缩，或梯形阶梯式收缩；热声谐振管的管内可以填充或部分填充或不填充热声回热材料，以改善热声谐振管的轴向温度分布；热声谐振管的两端可设置，也可不设置层流化元件，使热声谐振管管内的流动尽量接近于层流，降低或消除紊流损失。

5.按权利要求1所述的热驱动的热声制冷机，其特征是热声换热器内部的结构可以是采用导热性良好的固体平板(如金属板)的叠层结构，板与板之间形成声流道；也可以采用固体圆管组或整块固体中加工出声通道的结构，还可以采用金属丝网的堆叠形成多孔性声流道或使用其它类型的固体多孔材料；热声换热器中，声流道的形状可以是多种多样，如矩形、圆或椭圆性、三角形、菱形、六角形等；热声换热器的固体介质应有良好的导热性，而固体介质的外壁应与外热源有良好的热接触，以使整个换热器的温度尽量处于等温状态；换热器的长度与声波长相比应较小，以避免同一换热器越出高声导率比区域或低声导率比的区域，使得吸热或放热效应被削减或抵消。