專利名稱：風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱聲冰箱，尤其涉及一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)。
背景技術(shù)：
熱聲效應(yīng)是熱與聲之間相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，即聲場中的時均熱力學(xué)效應(yīng)。熱 聲熱機(jī)本質(zhì)上是一種通過熱聲效應(yīng)實現(xiàn)熱能與聲能之間相互轉(zhuǎn)化或傳輸?shù)难b 置。熱聲熱機(jī)不需要外部的機(jī)械手段就可以使振蕩流體的速度和壓力之間建立 起合理的相位關(guān)系，因此，不需要機(jī)械傳動部件，大大簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。按 能量轉(zhuǎn)換方向的不同，熱聲效應(yīng)可分為兩類 一是用熱來產(chǎn)生聲，即熱驅(qū)動的 聲振蕩，為熱聲發(fā)動機(jī)的工作機(jī)理；二是用聲來產(chǎn)生熱，即聲驅(qū)動的熱量傳輸， 為熱聲制冷機(jī)的工作原理。只要具備一定的條件，熱聲效應(yīng)在行波聲場、駐波 聲場以及兩者結(jié)合的聲場中都能發(fā)生。
從上世紀(jì)七十年代開始，關(guān)于熱聲熱機(jī)的研究開始迅速發(fā)展。1969-1980 年瑞士蘇黎士聯(lián)邦技術(shù)研究所的Rott提出了熱聲振蕩定量理論，奠定了現(xiàn)代線 性熱聲理論的基礎(chǔ)。1979年，Ceperley提出在具有溫度梯度的回?zé)崞髦袀鬏數(shù)?聲波使氣體工質(zhì)經(jīng)歷著與Stirling熱機(jī)相同的熱力過程，當(dāng)聲波沿一個方向傳 輸時會得到強(qiáng)化，而沿相反的方向傳輸時會被消弱，其思想成為高效行波熱聲 熱機(jī)研究的起點。受這一思想的影響，1999年美國LANL的Backhaus和Swift 設(shè)計制作了一臺新型行波熱聲發(fā)動機(jī)，該熱聲發(fā)動機(jī)實現(xiàn)了30%的熱功轉(zhuǎn)換效 率，相對卡諾效率約為42%，這一結(jié)果可以同內(nèi)燃機(jī)(30-40%)相媲美。 Backhaus等人的研究成果表明，熱聲熱機(jī)不但結(jié)構(gòu)簡單、工質(zhì)環(huán)保，而且可以 達(dá)到很高的熱力學(xué)效率。此后，熱聲發(fā)動機(jī)和制冷機(jī)的研究進(jìn)展更加迅猛，取 得了一系列重要研究成果。目前行波熱聲發(fā)動機(jī)的壓比已經(jīng)達(dá)到1.30以上，熱 聲發(fā)動機(jī)驅(qū)動的脈管制冷機(jī)也已相繼達(dá)到液氮和液氫溫區(qū)。
迄今為止，幾乎所有的熱聲熱機(jī)研究中都采用熱能(大多通過電能轉(zhuǎn)換產(chǎn) 生)對熱聲發(fā)動機(jī)供能，產(chǎn)生的聲能用來驅(qū)動制冷機(jī)獲得冷量。為獲得強(qiáng)聲場 和大功率聲功輸出，目前熱聲發(fā)動機(jī)加熱器的工作溫度一般在50(TC以上。對 高溫?zé)嵩吹囊蕾嚥焕谔岣呦到y(tǒng)的熱效率，并限制了熱聲熱機(jī)的實用化。為彌 補這一弱點，越來越多的研究者開始把注意力轉(zhuǎn)向低溫位熱能，如采用外加壓 力擾動、混合工質(zhì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)等手段降低熱聲發(fā)動機(jī)的起振溫度和工作溫度， 以期利用太陽能、工業(yè)廢熱等驅(qū)動。事實上，自然風(fēng)等時均流(或平均流，Mean Flow)具有數(shù)量可觀的可利 用動能，如能結(jié)合熱聲效應(yīng)加以利用對于利用可再生能源和提高能源利用率具 有重要意義，這也將大大拓展熱聲熱機(jī)的應(yīng)用空間。熱聲制冷機(jī)內(nèi)是交變流場， 而自然風(fēng)和管道內(nèi)的氣流是時均流，要實現(xiàn)二者的結(jié)合，就必須通過特殊設(shè)計 的聲學(xué)管道把自然風(fēng)等時均流的能量轉(zhuǎn)換成聲場能。時均流流過這個特殊設(shè)計 的流道時，會誘導(dǎo)出一個駐波聲場，而熱聲制冷機(jī)就可以利用這個駐波聲場工 作，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。
在日常生活中就有不少時均流動引起聲振蕩的例子，如當(dāng)對著豎直放置 的瓶口水平吹氣時，可以聽到瓶內(nèi)傳出的嗡嗡聲，這說明口中吹出的氣流(時 均流)在瓶內(nèi)引起了聲振蕩(聲場)。瓶內(nèi)氣體由靜止轉(zhuǎn)為振蕩必然吸收了外 界的能量，由于瓶壁靜止，所以能量只能來自于從瓶口掠過的氣流。類似的例 子，還有吹口琴和笛子。事實上，這些日常現(xiàn)象的背后有著復(fù)雜的物理過程發(fā) 生，首先，當(dāng)氣流掠過時，受瓶內(nèi)靜止氣體的影響粘性邊界層在瓶口脫離；其 次，脫離的邊界層以漩渦的形式巻起形成渦結(jié)構(gòu)，并向瓶內(nèi)的聲場傳遞能量； 再次，能量的傳遞和聲場的存在又反過來影響了隨后的漩渦的形成。整個過程 形成一個能量反饋回路，具有高度共振特性。如果把口中吹出的氣流換成高速 的自然風(fēng)，瓶子換成特制的單端開口密閉腔體，高速空氣流會向腔體內(nèi)傳遞大 的多的能量，從而誘導(dǎo)出一個具有大聲能密度的駐波聲場；另一方面，如果此 時聲場中存在熱聲回?zé)崞?或其它固體多孔介質(zhì))，這個聲振蕩就可以驅(qū)動沿 回?zé)崞鬏S向的熱量傳輸，從而產(chǎn)生泵熱效應(yīng)，這是熱聲效應(yīng)的一種形式——聲 振蕩驅(qū)動的熱量傳輸。把上述兩個過程結(jié)合在一起，就構(gòu)成自然風(fēng)驅(qū)動的熱聲 振蕩系統(tǒng)。這個系統(tǒng)以風(fēng)能為驅(qū)動源，以聲振蕩作為能量轉(zhuǎn)換的橋梁，最終在 熱聲系統(tǒng)的回?zé)崞魃袭a(chǎn)生一個顯著的軸向溫度梯度(或可用溫差)。
關(guān)于時均流誘導(dǎo)聲振蕩的研究開始于上世紀(jì)五十年代，此類研究的聲場內(nèi) 不設(shè)有多孔介質(zhì)，因而不發(fā)生顯著的熱效應(yīng)，為純聲振蕩，研究的目的是消除 流體輸送管道中自激強(qiáng)振蕩引起的結(jié)構(gòu)震動、疲勞破壞和噪音。德國Karlsru 大學(xué)的Naudascher和美國Lehigh大學(xué)的Rockwell根據(jù)形成機(jī)理把時均流誘導(dǎo) 聲振蕩分成三大類l)流體-動力振蕩型，特征是振蕩源于流體流動的固有不 穩(wěn)定性，純的流體-動力振蕩只發(fā)生于腔體深度與振蕩波長相比很小的情況；2) 流體-共振振蕩型，特征是流體振蕩受共振波動(駐波聲場)效應(yīng)影響顯著， 頻率較高，腔體的深度與波長處于同一量級；3)流體-彈性振蕩型，特征是流 體振蕩與固體邊界的運動耦合在一起，此類振蕩發(fā)生于當(dāng)腔體的一個或多個壁面經(jīng)歷較大位移，且足夠?qū)r均流的剪切邊界層擾動施加反作用時。上世紀(jì)七 十年代以來，針對流體-共振振蕩的研究逐漸增多，流場以不穩(wěn)定的時均流剪 切邊界層、漩渦的產(chǎn)生和脫落以及強(qiáng)駐波聲場為主要特征。這類研究的對象都 可以抽象成一個主流管道和一截面尺寸相當(dāng)?shù)膯味碎_口密閉支路，二者內(nèi)的流 體相互連通，主流管道內(nèi)是時均流場，密閉支路內(nèi)建立的是駐波聲場。圖1給
出了一個典型的時均、交變流場的十字型連接(雙對稱T型連接)示意圖，兩 對稱支路腔體自然耦合成l/2波長諧振器(義=4丄)，曲線表示駐波聲場的壓力 振幅分布。當(dāng)然，兩支路腔體亦可單側(cè)布置，也可以只設(shè)置一個腔體，前者依 然是1/2波長諧振器，而后者則變?yōu)?/4波長諧振器?；阡鰷u聲學(xué)理論， Bruggeman對發(fā)生于具有旁支路的管路內(nèi)的空氣聲學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 他認(rèn)為在T型連接處一主管道與旁支路的結(jié)合處一將主流體與封閉支路內(nèi)的 滯止流體分離的不穩(wěn)定剪切邊界層是驅(qū)動管路子系統(tǒng)內(nèi)共振聲場的能量源，聲 場建立后又反作用于主流的水力擾動。他通過實驗研究發(fā)現(xiàn)T型連接處的流動 特征強(qiáng)依賴于非穩(wěn)態(tài)(聲場)和穩(wěn)態(tài)(時均流)流速比y/^t/。，其中/7'為密 閉腔體封閉端的壓力振幅，p、 " t/。分別為流體密度、聲速和時均流速。對 于時均流誘導(dǎo)單端開口密閉腔體內(nèi)的振蕩來說，該比值通常大于l(T3。當(dāng) 10-、p'/^t/。d0-'時，剪切邊界層的上游特征尚能用線性穩(wěn)定理論描述，而當(dāng) ///;0^。=0(1)時，流動已經(jīng)本質(zhì)上非線性了。
實驗研究證明自然風(fēng)等時均流能夠在密閉腔體內(nèi)誘導(dǎo)出具有高聲能密度 的駐波聲場，其壓力振幅可以達(dá)到平均壓力的20%以上，在此基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn) 高效的熱聲轉(zhuǎn)換過程，從而為有效利用風(fēng)能提供了一種簡單、可靠的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱。
風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱具有通過載冷劑管道相連的室內(nèi)裝置和室外裝置，室 內(nèi)裝置包括冷凍室、冷藏室、前端三通閥、冷凍室換熱器、后端三通閥、冷藏 室換熱器，前端三通閥、冷凍室換熱器、后端三通閥、冷藏室換熱器依次通過 載冷劑管道連接，室外裝置具有依次通過載冷劑管道連接的分流器、風(fēng)能驅(qū)動 的熱聲制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、集流器、泵，所述的集流器為四合一接頭，分流 器為一分四接頭，載冷劑管道外側(cè)具有保溫層。
所述的風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)為風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)、風(fēng)能驅(qū)動的 行波熱聲制冷機(jī)或風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)。
所述的風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)
6能驅(qū)動裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱聲制冷裝置具有 第一駐波熱聲制冷機(jī)單元、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元、第三駐波熱聲制冷機(jī)單 元和第四駐波熱聲制冷機(jī)單元，每個制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管、冷端換 熱器、熱聲回?zé)崞骱褪覝負(fù)Q熱器，諧振管另一端與中央柱管出風(fēng)口相連接。
所述的風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝 置，風(fēng)能驅(qū)動裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱聲制冷裝 置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單元、第二行波熱聲制冷機(jī)單元、第三行波熱聲制 冷機(jī)單元和第四行波熱聲制冷機(jī)單元，每個制冷機(jī)單元都具有諧振管、慣性管、 聲容、室溫?fù)Q熱器、熱聲回?zé)崞鳌⒗涠藫Q熱器和熱緩沖管，諧振管另一端與中 央柱管出風(fēng)口相連接。
所述的風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱 聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動裝置包括相連接的收縮風(fēng)管、中央柱管和擴(kuò)散風(fēng)管，熱 聲制冷裝置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單元、第二行波熱聲制冷機(jī)單元、第三行 波熱聲制冷機(jī)單元和第四行波熱聲制冷機(jī)單元，每個制冷機(jī)單元都具有諧振 管、慣性管、聲容、室溫?fù)Q熱器、熱聲回?zé)崞?、冷端換熱器和熱緩沖管，諧振 管另一端與中央柱管出風(fēng)口相連接。
所述的制冷機(jī)單元之間的連接方式為并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)。所述的風(fēng)能驅(qū)動
裝置的截面為圓形或多邊形；所述的收縮風(fēng)管和擴(kuò)散風(fēng)管的形狀為錐形或喇叭 形。所述的載冷劑管道中的載冷劑為鹽水或乙二醇。所述的冷凍室換熱器和冷 藏室換熱器的換熱器型式為盤管翅片式、管殼式或板翅式。
本發(fā)明通過特殊設(shè)計的風(fēng)能驅(qū)動裝置，把自然風(fēng)首先進(jìn)行濃縮，增強(qiáng)了中 央柱管的風(fēng)壓和流速，從而提高了風(fēng)能的品位。在中央柱管處引出數(shù)個熱聲制 冷機(jī)單元的諧振管，諧振管是單端開口密閉腔體，其與中央柱管的連接處將發(fā) 生顯著的空氣聲學(xué)現(xiàn)象，在不穩(wěn)定邊界層的作用下，熱聲制冷機(jī)的諧振腔內(nèi)將 建立穩(wěn)定的駐波聲場。通過在諧振腔內(nèi)設(shè)置換熱器和熱聲回?zé)崞?，可以獲得熱 聲制冷效應(yīng)。通過利用該制冷機(jī)的制冷效應(yīng)，以載冷劑為載體，將室內(nèi)冰箱冷 凍換熱器和冷藏?fù)Q熱器的熱量帶走，創(chuàng)造冰箱的低溫環(huán)境。風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制 冷機(jī)改變了以往熱聲制冷機(jī)的驅(qū)動型式，不需要熱聲發(fā)動機(jī)或其他形式的壓力 波發(fā)生器驅(qū)動，消除了所有機(jī)械運動部件，通過特殊設(shè)計的管道，把自然風(fēng)進(jìn) 行濃縮后進(jìn)行有效利用，為可再生能源的利用提供了一種解決方案。


圖1是時均、交變流場"十字"型連接示意圖；圖2(a)是風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖2(b)是風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)側(cè)視圖3(a)是風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖3(b)是風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖4(a)是風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路結(jié)構(gòu)的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖4(b)是風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路結(jié)構(gòu)的行波熱聲制冷機(jī)結(jié)構(gòu)主視圖5(a)是風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲冰箱載冷循環(huán)系統(tǒng)圖； 圖5(b)是風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲冰箱系統(tǒng)布置圖6(a)是風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲冰箱載冷循環(huán)系統(tǒng)圖6(b)是風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲冰箱系統(tǒng)布置圖7(a)是風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路行波熱聲冰箱載冷循環(huán)系統(tǒng)圖7(b)是風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路行波熱聲冰箱系統(tǒng)布置圖中第一駐波熱聲制冷機(jī)單元1、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元2、第三駐
波熱聲制冷機(jī)單元3、第四駐波熱聲制冷機(jī)單元4、風(fēng)能驅(qū)動裝置具有收縮風(fēng) 管5、中央柱管6、擴(kuò)散風(fēng)管7、諧振管8、冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞鱅O、室 溫?fù)Q熱器ll、第一行波熱聲制冷劑單元12、第二行波熱聲制冷機(jī)單元13、第 三行波熱聲制冷機(jī)單元14、第四行波熱聲制冷機(jī)單元15、第一帶環(huán)路的行波 熱聲制冷機(jī)單元19、第二帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元20、第三帶環(huán)路的行 波熱聲制冷機(jī)單元21、第四帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元22、慣性管23、聲 容24、熱緩沖管25、冰箱冷凍室34、冰箱冷藏室35、地面36、屋面37、墻 面38。
具體實施例方式
如圖2、 5所示，風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱具有通過載冷劑管道相連的室內(nèi)裝 置和室外裝置，室內(nèi)裝置包括冷凍室34、冷藏室35、前端三通閥29、冷凍室 換熱器31、后端三通閥30、冷藏室換熱器32，前端三通閥29、冷凍室換熱器 31、后端三通閥30、冷藏室換熱器32依次通過載冷劑管道連接，室外裝置具 有依次通過載冷劑管道連接的分流器33、風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥 26、集流器27、泵28，所述的集流器27為四合一接頭，分流器33為一分四 接頭，載冷劑管道外側(cè)具有保溫層。
風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)為風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)，風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱 聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置。風(fēng)能驅(qū)動裝置包括相連接的收縮 風(fēng)管5、中央柱管6和擴(kuò)散風(fēng)管7，熱聲制冷裝置具有第一駐波熱聲制冷機(jī)單元1、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元2、第三駐波熱聲制冷機(jī)單元3、第四駐波熱聲 制冷機(jī)單元4，每個制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管8、冷端換熱器9、熱聲回 熱器10和室溫?fù)Q熱器11，諧振管8前端依次設(shè)有冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞?10和室溫?fù)Q熱器11，諧振管8后端與中央柱管6出風(fēng)口相連接。所述的風(fēng)能 驅(qū)動裝置的截面為圓形或多邊形。收縮風(fēng)管5和擴(kuò)散風(fēng)管7的形狀為錐形或喇 叭形。
風(fēng)向如圖2中的箭頭所指方向。自然風(fēng)吹過時，首先經(jīng)過收縮風(fēng)管5加速， 經(jīng)過濃縮的風(fēng)具有更多的動能，流動更加均勻和穩(wěn)定。當(dāng)空氣流掠過中央柱管 6和制冷機(jī)諧振管8的連接處時，剪切邊界層會失穩(wěn)，形成渦結(jié)構(gòu)并脫離，不 穩(wěn)定的邊界層作用于制冷機(jī)內(nèi)的滯止氣體，滯止氣體又給它施加了一個反作 用，于是在制冷機(jī)的聲學(xué)管道內(nèi)建立了一個駐波聲場。聲場驅(qū)動了沿?zé)崧暬責(zé)?器10軸向方向的熱量傳輸，熱量被從冷端換熱器9傳輸?shù)绞覝負(fù)Q熱器11，從 而在冷端換熱器9得到制冷效應(yīng)。載冷劑流向如圖箭頭所指方向，載冷劑在冷 端換熱器9中排出熱量，溫度降低，依次流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥26、集流器27、泵 28，通過前端三通閥29和后端三通閥30分配給冷凍室換熱器31和冷藏室換 熱器32相應(yīng)的流量并在此吸收熱量后溫度升高，繼續(xù)流經(jīng)分流器33后，在冷 端換熱器9中再次放熱降溫，完成一個載冷循環(huán)。
如圖3、 6所示，風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱具有通過載冷劑管道相連的室內(nèi)裝 置和室外裝置，室內(nèi)裝置包括冷凍室34、冷藏室35、前端三通閥29、冷凍室 換熱器31、后端三通閥30、冷藏室換熱器32，前端三通閥29、冷凍室換熱器 31、后端三通閥30、冷藏室換熱器32依次通過載冷劑管道連接，室外裝置具 有依次通過載冷劑管道連接的分流器33、風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥 26、集流器27、泵28，所述的集流器27為四合一接頭，分流器33為一分四 接頭，載冷劑管道外側(cè)具有保溫層。
風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)為風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲制冷機(jī)，風(fēng)能驅(qū)動的行波熱 聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置。風(fēng)能驅(qū)動裝置包括相連接的收縮 風(fēng)管5、中央柱管6和擴(kuò)散風(fēng)管7，熱聲制冷裝置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單 元12、第二行波熱聲制冷機(jī)單元13、第三行波熱聲制冷機(jī)單元14、第四行波 熱聲制冷機(jī)單元15，每個制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管8、慣性管16、聲容 17、室溫?fù)Q熱器ll、熱聲回?zé)崞鱅O、冷端換熱器9和熱緩沖管18，在諧振管 8前端依次設(shè)有熱緩沖管18、冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞鱅O、室溫?fù)Q熱器ll、 聲容17，諧振管8后端與中央柱管6出風(fēng)口相連接。所述的風(fēng)能驅(qū)動裝置的截面為圓形或多邊形。收縮風(fēng)管5和擴(kuò)散風(fēng)管7的形狀為錐形或喇叭形。
風(fēng)向如圖3中的箭頭所指方向。自然風(fēng)吹過時，首先經(jīng)過收縮風(fēng)管5加速， 經(jīng)過濃縮的風(fēng)具有更多的動能，流動更加均勻和穩(wěn)定。當(dāng)空氣流掠過中央柱管 6和制冷機(jī)諧振管8的連接處時，剪切邊界層會失穩(wěn)，形成渦結(jié)構(gòu)并脫離，不 穩(wěn)定的邊界層作用于制冷機(jī)內(nèi)的滯止氣體，滯止氣體又給它施加了一個反作 用，于是在制冷機(jī)的聲學(xué)管道內(nèi)建立了一個穩(wěn)定的聲場。聲場驅(qū)動了沿?zé)崧暬?熱器10軸向方向的熱量傳輸，熱量被從冷端換熱器9傳輸?shù)绞覝囟藫Q熱器11， 從而在冷端換熱器9得到制冷效應(yīng)。載冷劑流向如圖箭頭所指方向，載冷劑在 冷端換熱器9中排出熱量，溫度降低，依次流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥26、集流器27、 泵28，通過前端三通閥29和后端三通閥30分配給冷凍室換熱器31和冷藏室 換熱器32相應(yīng)的流量并在此吸收熱量后溫度升高，繼續(xù)流經(jīng)分流器33后，在 冷端換熱器9中再次放熱降溫，完成一個載冷循環(huán)。慣性管16，聲容17在制 冷機(jī)中起到調(diào)節(jié)壓力波動和速度波動相位的作用，使二者之間的相位在熱聲回 熱器10的軸向中點處相同或接近相同。
如圖4、 7所示，風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱具有通過載冷劑管道相連的室內(nèi)裝 置和室外裝置，室內(nèi)裝置包括冷凍室34、冷藏室35、前端三通閥29、冷凍室 換熱器31、后端三通閥30、冷藏室換熱器32，前端三通閥29、冷凍室換熱器 31、后端三通閥30、冷藏室換熱器32依次通過載冷劑管道連接，室外裝置具 有依次通過載冷劑管道連接的分流器33、風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥 26、集流器27、泵28，所述的集流器27為四合一接頭，分流器33為一分四 接頭，載冷劑管道外側(cè)具有保溫層。
風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)為風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)，風(fēng)能驅(qū)動 的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置。風(fēng)能驅(qū)動裝置 包括相連接的收縮風(fēng)管5、中央柱管6和擴(kuò)散風(fēng)管7，熱聲制冷裝置具有第一 帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元19、第二帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元20、第 三帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元21、第四帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)單元22， 每個制冷機(jī)單元包括相連接的諧振管8、慣性管23、聲容24、室溫?fù)Q熱器ll、 熱聲回?zé)崞鱥o、冷端換熱器9和熱緩沖管25，在諧振管8前端依次設(shè)有行波 環(huán)路，行波環(huán)路依次設(shè)有熱緩沖管25、冷端換熱器9、熱聲回?zé)崞鱅O、室溫?fù)Q 熱器ll、聲容24、慣性管23，諧振管8后端與中央柱管6出風(fēng)口相連接。所 述的風(fēng)能驅(qū)動裝置的截面為圓形或多邊形。收縮風(fēng)管5和擴(kuò)散風(fēng)管7的形狀為 錐形或喇叭形。
10風(fēng)向如圖4中的箭頭所指方向。自然風(fēng)吹過時，首先經(jīng)過收縮風(fēng)管5加速， 經(jīng)過濃縮的風(fēng)具有更多的動能，流動更加均勻和穩(wěn)定。當(dāng)空氣流掠過中央柱管 6和制冷機(jī)諧振管8的連接處時，剪切邊界層會失穩(wěn)，形成渦結(jié)構(gòu)并脫離，不 穩(wěn)定的邊界層作用于制冷機(jī)內(nèi)的滯止氣體，滯止氣體又給它施加了一個反作 用，于是在制冷機(jī)的聲學(xué)管道內(nèi)建立了一個穩(wěn)定的聲場。聲場驅(qū)動了沿?zé)崧暬?熱器10軸向方向的熱量傳輸，熱量被從冷端換熱器9傳輸?shù)绞覝囟藫Q熱器11， 從而在冷端換熱器9得到制冷效應(yīng)。載冷劑流向如圖箭頭所指方向，載冷劑在 冷端換熱器9中排出熱量，溫度降低，依次流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥26、集流器27、 泵28，通過前端三通閥29和后端三通閥30分配給冷凍室換熱器31和冷藏室 換熱器32相應(yīng)的流量并在此吸收熱量后溫度升高，繼續(xù)流經(jīng)分流器33后，在 冷端換熱器9中再次放熱降溫，完成一個載冷循環(huán)。慣性管23，聲容24在制 冷機(jī)中起到調(diào)節(jié)壓力波動和速度波動相位的作用，使二者之間的相位在熱聲回 熱器10的軸向中點處相同或接近相同。
每種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)中所設(shè)置的制冷機(jī)單元數(shù)是可以根據(jù)實際情 況變化的。每種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)中也可以采用混合的制冷機(jī)單元，即一 種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)上可以同時具有駐波熱聲制冷機(jī)單元和行波熱聲制 冷機(jī)單元。
需要說明的是，每種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)中所設(shè)置的制冷機(jī)單元數(shù)是可 以根據(jù)實際情況變化的。每種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)中也可以釆用混合的制冷 機(jī)單元，即一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)上可以同時具有駐波熱聲制冷機(jī)單元和
行波熱聲制冷機(jī)單元。風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)、泵、分流器、集流器和流量調(diào) 節(jié)閥布置在室外，風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱換熱器分冷凍和冷藏兩個單元，可根據(jù) 實際要求增減冷卻單元，兩個三通閥控制冷卻單元的冷量分配。載冷循環(huán)系統(tǒng) 中可具有儲液罐、排氣閥、排液閥等常見輔助設(shè)備。各制冷機(jī)單元之間的連接 方式為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，也可根據(jù)實際情況設(shè)計為串聯(lián)或混聯(lián)結(jié)構(gòu)。冷凍室換熱器和 冷藏室換熱器的換熱器型式為盤管翅片式，也可根據(jù)實際情況設(shè)計為管殼式、 板翅式等其他結(jié)構(gòu)。載冷循環(huán)系統(tǒng)的載冷劑為鹽水或乙二醇，也可根據(jù)實際情 況選擇物性相匹配的載冷劑。利用風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)可用于制冰蓄冷或與 普通冰箱型式結(jié)合使用，以滿足無風(fēng)或少風(fēng)的天氣情況下冰箱的冷卻需求。風(fēng) 能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)安裝在屋頂，也可根據(jù)需要安裝在陽臺等室外其他地區(qū)。 風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)中心柱管軸線與每年風(fēng)量最富足的風(fēng)向一致，且收縮風(fēng) 管位于迎風(fēng)面，也可根據(jù)需要設(shè)計為以每年夏季或其他時間段的風(fēng)量富足的風(fēng) 向為標(biāo)準(zhǔn)，還可根據(jù)實時風(fēng)向設(shè)計為智能型自動旋轉(zhuǎn)式熱聲制冷機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于它具有通過載冷劑管道相連的室內(nèi)裝置和室外裝置，室內(nèi)裝置包括冷凍室(34)、冷藏室(35)、前端三通閥(29)、冷凍室換熱器(31)、后端三通閥(30)、冷藏室換熱器(32)，前端三通閥(29)、冷凍室換熱器(31)、后端三通閥(30)、冷藏室換熱器(32)依次通過載冷劑管道連接，室外裝置具有依次通過載冷劑管道連接的分流器(33)、風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥(26)、集流器(27)、泵(28)，所述的集流器(27)為四合一接頭，分流器(33)為一分四接頭，載冷劑管道外側(cè)具有保溫層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)為風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)、風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲制 冷機(jī)或風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動的駐波熱聲制冷機(jī)具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動裝置 包括相連接的收縮風(fēng)管(5)、中央柱管(6)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)，熱聲制冷裝置 具有第一駐波熱聲制冷機(jī)單元(1)、第二駐波熱聲制冷機(jī)單元(2)、第三駐波 熱聲制冷機(jī)單元(3)和第四駐波熱聲制冷機(jī)單元(4)，每個制冷機(jī)單元包括 相連接的諧振管(8)、冷端換熱器(9)、熱聲回?zé)崞?10)和室溫?fù)Q熱器(11)， 諧振管(8)另一端與中央柱管(6)出風(fēng)口相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動的行波熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置，風(fēng)能驅(qū)動 裝置包括相連接的收縮風(fēng)管(5)、中央柱管(6)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)，熱聲制冷 裝置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單元(12)、第二行波熱聲制冷機(jī)單元(13)、第 三行波熱聲制冷機(jī)單元(14)和第四行波熱聲制冷機(jī)單元(15)，每個制冷機(jī) 單元都具有諧振管(8)、慣性管(16)、聲容(17)、室溫?fù)Q熱器(11)、熱聲 回?zé)崞?10)、冷端換熱器(9)和熱緩沖管(18)，諧振管(8)另一端與中央 柱管(6)出風(fēng)口相連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于所述的 風(fēng)能驅(qū)動的帶環(huán)路的行波熱聲制冷機(jī)具有具有風(fēng)能驅(qū)動裝置和熱聲制冷裝置， 風(fēng)能驅(qū)動裝置包括相連接的收縮風(fēng)管(5)、中央柱管(6)和擴(kuò)散風(fēng)管(7)， 熱聲制冷裝置具有第一行波熱聲制冷機(jī)單元(12)、第二行波熱聲制冷機(jī)單元(13)、第三行波熱聲制冷機(jī)單元(14)和第四行波熱聲制冷機(jī)單元(15),每個制冷機(jī)單元都具有諧振管(8)、慣性管(16)、聲容(17)、室溫?fù)Q熱器(11)、 熱聲回?zé)崞?10)、冷端換熱器(9)和熱緩沖管(18),諧振管(8)另一端與 中央柱管(6)出風(fēng)口相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或5所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于: 所述的制冷機(jī)單元之間的連接方式為并聯(lián)、串聯(lián)或混聯(lián)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)，其特征在于: 所述的風(fēng)能驅(qū)動裝置的截面為圓形或多邊形；所述的收縮風(fēng)管(5)和擴(kuò)散風(fēng) 管(7)的形狀為錐形或喇叭形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于所述的載 冷劑管道中的載冷劑為鹽水或乙二醇。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱，其特征在于所述的 冷凍室換熱器(31)和冷藏室換熱器(32)的換熱器型式為盤管翅片式、管殼 式或板翅式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)能驅(qū)動的熱聲冰箱。它具有通過載冷劑管道相連的室內(nèi)裝置和室外裝置，室內(nèi)裝置包括冷凍室、冷藏室、前端三通閥、冷凍室換熱器、后端三通閥、冷藏室換熱器，前端三通閥、冷凍室換熱器、后端三通閥、冷藏室換熱器依次通過載冷劑管道連接，室外裝置具有依次通過載冷劑管道連接的分流器、風(fēng)能驅(qū)動的熱聲制冷機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、集流器、泵。本發(fā)明以可再生能源—風(fēng)能驅(qū)動，不需要消耗電能和熱能，大大降低了運行成本；制冷機(jī)單元沒有運動部件，制造和維護(hù)成本低；制冷機(jī)單元采用完全無公害的空氣作為制冷工質(zhì)，載冷循環(huán)系統(tǒng)可采用環(huán)境友好的載冷劑。
文檔編號F25D11/02GK101672560SQ20091015289
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者炎 余, 孫大明, 文 敖, 凱 王, 邱利民 申請人:浙江大學(xué)