[发明专利]一种热声制冷系统及其应用

说明书

本发明涉及一种热声制冷系统及其应用，所述的热声制冷系统包括热声制冷组件和热声发动组件，所述的热声制冷组件的声功输入端连接热声发动组件的声功输出端，其特征在于，所述的热声制冷组件包括依次连接的制冷端高温换热器(5)、制冷端回热器(4)、制冷端低温换热器(3)、制冷端惯性管(2)和制冷端气库(1)，所述的制冷端高温换热器(5)、制冷端惯性管(2)和制冷端气库(1)均放置在低温环境中，上述热声制冷系统可用于制备液氮或液氢。与现有技术相比，本发明具有结构简单、运行平稳、制冷效率高等优点。

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其是涉及一种热声制冷系统及其应用。

背景技术

热声发动机是一种通过热声效应可以将热能转化为声功的装置。热声发动机的优点是没有运动部件、成本低廉和易于制造。但是热声发动机的应用受到其体积过大以及热声转换效率低的限制。1999年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Backhaus和Swift在Nature上发表了一篇文章，介绍他们研制的一台热声斯特林发动机，其热效率高达0.3，完全可以媲美传统的内燃机(0.25—0.4)和活塞式斯特林发动机(0.20-0.38)。这引起了世界各国科研工作人员和工业界的高度关注。这台机器的研制使得行波型热声发动机成为相关科研人员研究的热点。也使得热声斯特林发动机具有了实际应用的价值。

热声机可以利用不同温度的热源来实现热声转换。通常会利用高温热源(>300K)和室温(≈300K)在热声机的板叠(回热器)中形成温度梯度来产生热声效应。但是，也有研究人员对热声机工作在室温和低温(80K左右)区间内的情况进行了研究。比如H.Luck研究了低温下的热声震荡，从实验上说明了冷能驱动热声发动机的可行性。

而热声发动机反方向运转，即向系统内输入声功时，可以在冷端获得制冷量，即热声制冷机。而由热声发动机驱动的热声制冷机，整机无任何运动部件，也即无部件的磨损。理论上来说若运行工况不变，可一直按设计要求运行。所以这一优点对于航天应用来说具有重要意义。因为其工作部件需要保证长时间无故障运行。

另一方面，液化天然气在汽化时会吸收大量的热量，每吨的液化天然气在气化时要吸收830,000KJ的热量，转化为电能为230千瓦时。2014年中国液化天然气进口量为1985万吨，其冷量折合电量为45.6亿千瓦时。如果能将这部分能量利用起来，也具有很大的经济和环保价值。当前液化天然气冷能的利用方式主要有冷能发电、空气分离、作为低温冷库的冷源等。这些系统一般比较复杂，需要复杂的设备和系统。更常规的做法是直接用海水与液化天然气进行换热，带走这部分热量，但这样会对海洋生态环境造成一定的影响。

中国专利ZL201110312919.0公开了一种低温热声制冷机，包括至少两段第一惯性管，第一惯性管的一端相互连接、另一端均连接有第一次散热器，第一次散热器远离第一惯性管的一端均连接有第一脉冲管，第一脉冲管远离第一次散热器的一端连接有第一冷头，第一冷头远离第一脉冲管的一端连接有回热器，回热器远离第一冷头的一端连接有主散热器，主散热器远离回热器的一端连接有压力波发生器。该专利的制冷功率密度较高，但是其结构相对较为复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热声制冷系统及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种热声制冷系统，包括热声制冷组件和热声发动组件，所述的热声制冷组件的声功输入端连接热声发动组件的声功输出端，所述的热声制冷组件包括依次连接的制冷端高温换热器、制冷端回热器、制冷端低温换热器、制冷端惯性管和制冷端气库，所述的制冷端高温换热器、制冷端惯性管和制冷端气库均置入低温环境中；

工作时，热声发动组件产生的声功输入至热声制冷组件内，通过热声逆效应，使制冷端高温换热器和制冷端低温换热器之间产生温差，从而使制冷端低温换热器生成温度低于液化天然气的冷能。