[发明专利]热声自循环换热器的回热式制冷系统及制冷机构

说明书

本发明提供一种热声自循环换热器的回热式制冷系统及制冷机构，包括外壳和制冷单元，外壳内设有动力单元，动力单元包括直线压缩机和与直线压缩机连接的动力活塞，直线压缩机用于驱动动力活塞沿外壳轴线方向往复运动产生压力波；制冷单元包括设于外壳内的室温换热器和与室温换热器相连接的回热器，外壳在回热器背离室温换热器一侧形成有膨胀腔；制冷单元包括设于外壳外的热声自循环换热机构，热声自循环换热机构包括循环管路和设于循环管路上的冷端换热器，循环管路的两个连接端分别与外壳在膨胀腔的相对两端相连接，且循环管路与膨胀腔连通；循环管路上设有压差调节机构，用于使制冷工质在循环管路中产生单向的时均质量流。如此满足大冷量需求。

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种热声自循环换热器的回热式制冷系统及制冷机构。

背景技术

随着科学技术的发展以及工农业生产的需要，近年来回热式制冷机获得迅速发展，并广泛应用于低温电子、红外器件、超导滤波、核磁成像以及强电超导等前沿领域。相比于采用间壁式换热的Claude循环和逆布雷顿循环制冷机，回热式制冷机基于斯特林循环，依靠可压缩流体工质的周期性振荡与回热器填料间的有限热相互作用，从而实现从低温端泵热，理论上可达到卡诺循环效率，具有结构紧凑、效率高、可靠性高等优点。目前研究较多的回热式制冷机主要包括热声制冷机、斯特林制冷机以及脉管制冷机，它们都属于广义的“热声热机”，即基于热声效应中的声致冷效应实现声能(机械能的一种)到热能的转换，从而达到制冷效果。

在回热式制冷机中，室温换热器、回热器以及冷端换热器紧凑地布置在同一轴线上，这使得回热式制冷机具有结构紧凑的优点，但同时也导致了提取冷量较为困难。尤其是大部分应用场景中都需要远程传热，因此必须增加一个额外的循环回路进行传热。同时交变流动换热器以进出口效应为主，功率的增长难以通过增长轴向长度实现，在大冷量制冷时容易出现换热面积不足的问题。

现有的制冷机采用重力型分离式热管的结构形式，管道内部采用沸点与所需制冷温度相近的气体工质，系统运行时外回路的工质在自由活塞斯特林制冷机的冷端换热器处降温冷凝成为液体，冷凝液在重力作用下沿着液体下降管流至外部换热器中对冷量进行利用并在此过程中吸热蒸发为蒸汽，气态工质又沿着管道上升回到冷端换热器中重新放热冷凝为液体，由此循环完成冷量的提取及应用。但这种应用方式的特点是以液体重力作为循环驱动力，驱动力大小有限且对系统摆放位置要求十分苛刻，必须将制冷机布置在比外部换热器高的位置，同时两者高度差应随着冷量传输距离的增加而增加。此外，当冷量需求较大时，这种结构形式下制冷机的冷端换热器受限于交变流动换热的特性而不宜设计为尺寸过大、长度过长，导致冷端换热器的传热能力无法满足大冷量需求。

发明内容

本发明实施例提供一种热声自循环换热器的回热式制冷系统，用以解决现有技术中系统布置要求高、环路复杂且无法满足大冷量需求的技术问题。

本发明实施例提供一种热声自循环换热器的回热式制冷系统，包括：外壳，内设有动力单元，所述动力单元包括直线压缩机和与所述直线压缩机连接的动力活塞，所述直线压缩机用于驱动所述动力活塞沿所述外壳轴线方向往复运动产生压力波；

制冷单元，包括设于所述外壳内的室温换热器和与所述室温换热器相连接的回热器，所述外壳在所述回热器背离所述室温换热器一侧形成有膨胀腔；

所述制冷单元还包括设于所述外壳外的热声自循环换热机构，所述热声自循环换热机构包括循环管路和设于所述循环管路上的冷端换热器，所述循环管路的两个连接端分别与所述外壳在所述膨胀腔的相对两端相连接，且所述循环管路与所述膨胀腔连通；其中，

所述循环管路上还设有压差调节机构，用于使制冷工质在所述循环管路中产生单向的时均质量流。

根据本发明一个实施例的热声自循环换热器的回热式制冷系统，所述压差调节机构为至少一个单向调节阀，所述单向调节阀中的至少一者设于所述膨胀腔与所述冷端换热器的入口端之间。