專利名稱：一種整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種制冷機裝置，特別涉及一種整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置。
背景技術(shù)：
熱聲熱機(包括熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機)是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型熱機，它利用熱聲效應(yīng)，可以直接實現(xiàn)熱能和聲能之間的相互轉(zhuǎn)換。同傳統(tǒng)熱機相比，這種新型的熱聲熱機結(jié)構(gòu)簡單、無運動部件、可靠性高、使用壽命長；它采用氮氣、氦氣等惰性氣體作為工質(zhì)，工質(zhì)環(huán)境友好，無污染；熱聲熱機可利用太陽能或工業(yè)廢熱作為熱源，實現(xiàn)對低品位能源及可再生能源的利用，有助于提高能源的綜合利用率，尤其對缺乏電能而富集熱能的場合具有重要意義。另外，太陽能是地球上最豐富的能源，是清潔可再生能源，取之不盡，用之不竭，探索太陽能的高效利用符合人類可持續(xù)發(fā)展的總體要求。節(jié)能和環(huán)保是我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的長遠戰(zhàn)略，也是當前極為緊迫的任務(wù)，與太陽能利用相結(jié)合的熱聲技術(shù)更加顯著地體現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，利用熱聲效應(yīng)實現(xiàn)太陽能的利用已經(jīng)成為環(huán)保和能源領(lǐng)域的一個研
J Ll ^^ O最早利用太陽能作為驅(qū)動熱源的熱聲系統(tǒng)，是美國賓州大學(xué)的Chen和Garrett于 1998年研制的太陽能驅(qū)動熱聲發(fā)動機。他們以40cm長的一端開口的管作為諧振管，用一英尺直徑的凹面鏡將陽光聚焦到陶瓷熱聲板疊的一端進行加熱，穩(wěn)定工作時，可測得120dB 的聲波，它驗證了太陽能驅(qū)動熱聲系統(tǒng)的可行性。2000年，美國海軍研究生院設(shè)計了一臺太陽能驅(qū)動的熱聲制冷機，其熱聲發(fā)動機利用一個直徑0. 457m的菲涅耳透鏡把太陽光聚集到板疊的熱端，將板疊熱端加熱到475°C，熱聲發(fā)動機產(chǎn)生的聲功驅(qū)動熱聲制冷機，在冷端溫度為5°C時獲得2. 5W的制冷量，此時溫降為23°C。這一結(jié)果證明了太陽能驅(qū)動熱聲制冷機的方案是可行的，在實用性、簡單性和可靠性方面具有很大的潛力。2009年，西安交通大學(xué)的何雅玲為充分利用太陽能作為驅(qū)動熱源，開展了駐波型熱聲發(fā)動機在不同安裝傾角下熱力性能的試驗研究，建設(shè)完成了太陽能驅(qū)動熱聲發(fā)動機并對熱聲發(fā)動機性能進行了仿真研究。目前，世界上已開展的太陽能驅(qū)動熱聲熱機實驗系統(tǒng)中，或者熱聲熱機裝置位于太陽能聚光拋物面的內(nèi)側(cè)，在聚光器反射面上產(chǎn)生陰影，減少了反射面的集光面積；或者太陽能聚光裝置、熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機是分離的，存在結(jié)構(gòu)不緊湊、所需空間大、不便于安裝調(diào)試和不便于實現(xiàn)對太陽能的實時跟蹤等問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，將太陽能聚光裝置、熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機有效地結(jié)合為一體，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化、簡單化、便于安裝調(diào)試的同時實現(xiàn)對太陽能的實時跟蹤；同時熱聲熱機裝置位于太陽能聚光裝置的反射凹面外側(cè)，不會在反射面上產(chǎn)生陰影，增加了反射面的集光面積，從而提高太陽能驅(qū)動熱聲熱機的實際效率。本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提供的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，包括太陽能聚光裝置(1)、 熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機；其中熱聲發(fā)動機為駐波型熱聲發(fā)動機，包括依次相連的高溫?zé)崆籓)、發(fā)動機加熱器(3)、發(fā)動機回?zé)崞鳍群桶l(fā)動機室溫端冷卻器(5)；熱聲制冷機通過諧振管(6)與熱聲發(fā)動機連接；其特征在于，發(fā)動機加熱器位于太陽能聚光裝置(1)的聚光點，用于接收太陽能并實現(xiàn)高溫加熱，驅(qū)動熱聲發(fā)動機產(chǎn)生聲波，產(chǎn)生的聲波再驅(qū)動熱聲制冷機產(chǎn)生冷量；采用組合拋物面聚光器⑴的順向聚焦集熱技術(shù)，由于集光裝置⑴的焦點不在反射凹面的內(nèi)側(cè)，而在其圓柱鏡反射面形成的直管O)內(nèi)；發(fā)動機加熱器直接放置在直管段O)中集光裝置焦點上，并且直接利用熱聲發(fā)動機高溫?zé)崆籓)的圓柱管管壁作為圓柱鏡反射面進行反射聚焦，將太陽能聚光裝置(1)的圓柱鏡反射面與熱聲發(fā)動機的高溫?zé)崆? 整合為一個元器件，這樣熱聲熱機裝置不會在反射面上產(chǎn)生陰影，增加了反射面的集光面積，也使太陽能驅(qū)動熱聲熱機裝置的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修維護帶來方便。本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，包括所述太陽能聚光裝置(1)由組合拋物面聚光器(1 和圓柱鏡反射面(16)組成。所述組合拋物面聚光器(15)的焦線經(jīng)圓柱鏡反射面(16)反射后形成鏡像焦點 (17)。所述組合拋物面聚光器(1)是這樣得到的，將平面內(nèi)的開口向上的拋物線沿水平方向平移一個滿足特定條件的距離(27)，平移后的拋物線與原拋物線相互交叉，平移后的拋物線焦點04)與原拋物線焦點05)的距離與平移距離相同，去掉交點兩側(cè)有拐點的兩個拋物線段00)和(21)，交點以上部分即為一個錐狀的組合拋物線平面圖形，然后水平地截去其尖頂部分，即虛線段02)和(23)，剪截位置必須滿足以下兩個要求第一，截口位置不能低于拋物線的焦點04)位置；第二，截口寬度06)正好是兩個拋物線焦點距離(XT) 的一半。用這樣的方法得到的由兩條拋物線段(18)和(19)組成的平面圖，繞其對稱軸08) 旋轉(zhuǎn)即可得到組合拋物面聚光器(1)。所述圓柱鏡反射面(16)的直徑等于拋物線平移距離或平移前后拋物線焦點距離 (27)的一半。本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，包括所述圓柱鏡反射面(16)為高溫?zé)崆籓)的管壁。本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，還包括所述熱聲制冷機為駐波型熱聲制冷機，所述駐波型熱聲制冷機包括依次相連的制冷機冷頭(7)、制冷機回?zé)崞?8)、制冷機室溫端冷卻器(9)和制冷機室溫管(14)。本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，還包括所述熱聲制冷機為駐波型熱聲制冷機，所述熱聲制冷機為行波型熱聲制冷機。所述行波型熱聲制冷機為環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括依次相連的聲功反饋管(12)、諧振腔 (13)、制冷機室溫端冷卻器(9)、制冷機回?zé)崞?8)、制冷機冷頭(7)、熱緩沖管(10)組成聲波環(huán)路。[0018]本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，還可進一步包括安裝于所述熱緩沖管(10)中的層流化元件(11)。 本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，其關(guān)鍵技術(shù)在于采用組合拋物面聚光器，由于該集光裝置的焦點不在反射凹面的內(nèi)側(cè)，而在其圓柱鏡反射面形成的直管內(nèi)。將其應(yīng)用在熱聲轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)動機加熱器直接放置在直管段中集光裝置焦點上，并且直接利用熱聲發(fā)動機高溫?zé)崆坏膱A柱管管壁作為圓柱鏡反射面進行反射聚焦，將太陽能聚光裝置的圓柱鏡反射面與熱聲發(fā)動機的高溫?zé)崆徽蠟橐粋€元器件，這樣熱聲熱機裝置不會在反射面上產(chǎn)生陰影，增加了反射面的集光面積，也使太陽能驅(qū)動熱聲熱機裝置的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修維護帶來方便。本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置具備如下優(yōu)點本實用新型的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置將太陽能聚光裝置、熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機有效地結(jié)合為一體，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化和整體化，便于設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修維護。同時采用順向聚焦集熱技術(shù)，熱聲熱機裝置位于太陽能聚光裝置的反射凹面外側(cè)，不會在反射面上產(chǎn)生陰影，增加了反射面的集光面積，從而提高太陽能驅(qū)動熱聲熱機的實際效率。

圖1為本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為太陽能聚光裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖4為太陽能聚光裝置形成原理圖；附圖標記說明1-太陽能聚光裝置、2-發(fā)動機高溫?zé)崆弧?-發(fā)動機加熱器、4-發(fā)動機回?zé)崞鳌?-發(fā)動機室溫端冷卻器、6-諧振管、9-制冷機室溫端冷卻器、8-制冷機回?zé)崞鳌?-制冷機冷頭、 10"熱緩沖管、11"層流化元件、12-聲功反饋管、13-諧振腔、14-制冷機室溫管、15-組合拋物面聚光器、16-圓柱鏡反射面、17-太陽能聚光裝置焦點、18-左拋物線段、19-右拋物線段、20-左帶拐點的拋物線段、21-右?guī)Ч拯c的拋物線段、22-左虛線段、23-右虛線段、24平移后的拋物線焦點、25-原拋物線焦點、26-截口寬度、27-兩個拋物線焦點距離。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例進一步描述本實用新型實施例1本實施例的結(jié)構(gòu)如圖7所示，它包括依次相連的太陽能聚光裝置1、駐波型熱聲發(fā)動機包括依次相連的發(fā)動機高溫?zé)崆?、發(fā)動機加熱器3、發(fā)動機回?zé)崞?和發(fā)動機室溫端冷卻器5、諧振管6、和行波型熱聲制冷機包括依次相連的聲功反饋管12、諧振腔13、制冷機室溫端冷卻器9、制冷機回?zé)崞?、制冷機冷頭7、熱緩沖管10和層流化元件11組成聲波環(huán)路。本是實例中，發(fā)動機加熱器3位于太陽能聚光裝置1的聚光點，用于接收太陽能并實現(xiàn)高溫加熱，驅(qū)動熱聲發(fā)動機產(chǎn)生聲波，產(chǎn)生的聲波再驅(qū)動熱聲制冷機產(chǎn)生冷量。本實施例中，太陽能聚光裝置1由組合拋物面聚光器15和圓柱鏡反射面16組成。具體地，組合拋物面聚光器1是這樣得到的，將平面內(nèi)的開口向上的拋物線沿水平方向平移一個滿足特定條件的距離27，平移后的拋物線與原拋物線相互交叉，平移后的拋物線焦點24與原拋物線焦點25的距離與平移距離相同，去掉交點兩側(cè)有拐點的兩個拋物線段20和21，交點以上部分即為一個錐狀的組合拋物線平面圖形，然后水平 地截去其尖頂部分，即虛線段22和23，剪截位置必須滿足以下兩個要求第一，截口位置不能低于拋物線的焦點24位置；第二，截口寬度26正好是兩個拋物線焦點距離27的一半。用這樣的方法得到的由兩條拋物線段18和19組成的平面圖，繞其對稱軸28旋轉(zhuǎn)即可得到組合拋物面聚光器1 O實施例2本實施例的結(jié)構(gòu)如圖7所示，它包括依次相連的太陽能聚光裝置1、駐波型熱聲發(fā)動機包括依次相連的發(fā)動機高溫?zé)崆?、發(fā)動機加熱器3、發(fā)動機回?zé)崞?和發(fā)動機室溫端冷卻器5、諧振管6、和駐波型熱聲制冷機包括依次相連的制冷機冷頭7、制冷機回?zé)崞?、制冷機室溫端冷卻器9和制冷機室溫管14。本是實例中，發(fā)動機加熱器3位于太陽能聚光裝置1的聚光點，用于接收太陽能并實現(xiàn)高溫加熱，驅(qū)動熱聲發(fā)動機產(chǎn)生聲波，產(chǎn)生的聲波再驅(qū)動熱聲制冷機產(chǎn)生冷量。本實施例中，太陽能聚光裝置1由組合拋物面聚光器15和圓柱鏡反射面16組成。具體地，組合拋物面聚光器1是這樣得到的，將平面內(nèi)的開口向上的拋物線沿水平方向平移一個滿足特定條件的距離27，平移后的拋物線與原拋物線相互交叉，平移后的拋物線焦點24與原拋物線焦點25的距離與平移距離相同，去掉交點兩側(cè)有拐點的兩個拋物線段20和21，交點以上部分即為一個錐狀的組合拋物線平面圖形，然后水平地截去其尖頂部分，即虛線段22和23，剪截位置必須滿足以下兩個要求第一，截口位置不能低于拋物線的焦點24位置；第二，截口寬度26正好是兩個拋物線焦點距離27的一半。用這樣的方法得到的由兩條拋物線段18和19組成的平面圖，繞其對稱軸28旋轉(zhuǎn)即可得到組合拋物面聚光器1 O
權(quán)利要求1.整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，包括太陽能聚光裝置(1)、熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機；其中熱聲發(fā)動機為駐波型熱聲發(fā)動機，包括依次相連的高溫?zé)崆籓)、發(fā)動機加熱器(3)、發(fā)動機回?zé)崞鳍群桶l(fā)動機室溫端冷卻器(5)；熱聲制冷機通過諧振管(6)與熱聲發(fā)動機連接；其特征在于，發(fā)動機加熱器位于太陽能聚光裝置(1)的聚光點；發(fā)動機加熱器直接放置在直管段中集光裝置焦點上。
2.如權(quán)利要求1所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，所述太陽能聚光裝置(1)由組合拋物面聚光器(1 和圓柱鏡反射面(16)組成。
3.如權(quán)利要求書2所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，圓柱鏡反射面(16)的直徑等于拋物線平移距離或平移前后拋物線焦點距離(XT)的一半。
4.如權(quán)利要求2所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，圓柱鏡反射面 (16)為高溫?zé)崆籓)的管壁。
5.如權(quán)利要求1所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，所述熱聲制冷機為駐波型熱聲制冷機。
6.如權(quán)利要求1所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，所述熱聲制冷機為行波型熱聲制冷機。
7.如權(quán)利要求6所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，所述行波型熱聲制冷機為環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括依次相連的聲功反饋管(12)、諧振腔(13)、制冷機室溫端冷卻器(9)、制冷機回?zé)崞?8)、制冷機冷頭(7)、熱緩沖管(10)組成的聲波環(huán)路。
8.如權(quán)利要求7所述的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，其特征在于，還進一步包括安裝于所述熱緩沖管(10)中的層流化元件(11)。
專利摘要一種整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置，包括依次相連的太陽能聚光裝置，采用組合拋物面順向聚光裝置，其焦點不在反射凹面的內(nèi)側(cè)，而在其圓柱鏡反射面形成的直管內(nèi)；駐波型熱聲發(fā)動機，其高溫加熱器直接放置在集光裝置焦點上接受太陽能，并且直接利用聚光裝置圓柱鏡反射面形成的直管作為發(fā)動機高溫?zé)崆?，將太陽能聚光裝置的圓柱鏡反射面與熱聲發(fā)動機的高溫?zé)崆徽蠟橐粋€元器件；熱聲制冷機通過諧振管與所述駐波型熱聲發(fā)動機連接。本實用新型提供的整體式太陽能驅(qū)動熱聲制冷裝置將太陽能聚光裝置、熱聲發(fā)動機和熱聲制冷機有效地結(jié)合為一體，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化和整體化，便于設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修維護。
文檔編號F25B27/00GK202002389SQ20112002170
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者康慧芳, 江釩, 鄭宏飛 申請人:北京理工大學(xué)