一種熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱能動力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展意識的增強，天然氣、煤層氣和頁巖氣等這類清潔能源在一次能源結(jié)構(gòu)中的比重不斷增加。但相比煤炭和石油等傳統(tǒng)能源，天然氣、煤層氣和頁巖氣由于常溫常壓下為氣態(tài)，因而給大規(guī)模、遠距離和長期儲存帶來了困難。由于這類清潔燃料的燃燒值較高，所以采用燃燒小比例的氣體將剩余絕大部分比例氣體液化，是一種非常高效的工作模式，充分滿足從氣源到終端市場的運輸和儲存要求。在這類液體燃料的儲存中，液化天然氣等會因罐體漏熱等而部分氣化，造成放空等燃料浪費，將這部分氣化的天然氣再冷凝以避免能源浪費亦是不可或缺的重要手段。
[0003]申請?zhí)枮?01510170198.2的中國發(fā)明專利申請(一種熱驅(qū)動低溫制冷機系統(tǒng))總結(jié)了目前現(xiàn)有的液化技術(shù)，并指出:采用外燃回?zé)崾桨l(fā)動機驅(qū)動回?zé)崾降蜏刂评錂C的技術(shù)路徑，即由一臺設(shè)備實現(xiàn)燃燒熱能向低溫制冷量的轉(zhuǎn)化，是一種非常高效的工作模式。該申請?zhí)岢隽擞梢慌_自由活塞斯特林發(fā)動機，一個聲學(xué)諧振管和一臺自由活塞斯特林低溫制冷機構(gòu)建成的熱驅(qū)動低溫制冷機，該熱驅(qū)動低溫制冷機采用聲學(xué)諧振管取代傳統(tǒng)自由活塞型熱驅(qū)動低溫制冷機中的機械諧振單元，從而能簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低機體震動；圖1給出了其基本結(jié)構(gòu)。從圖1中可以看出，該熱驅(qū)動低溫制冷機利用聲學(xué)諧振管進行聲場調(diào)相，使兩側(cè)的自由活塞斯特林發(fā)動機和自由活塞斯特林制冷機的回?zé)崞骶ぷ髟谛胁ǔ煞譃橹鞯穆晥鲋?，保證了系統(tǒng)的高效運行；同時，用聲學(xué)諧振管取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機械振子，降低了工藝難度，提升了制冷機的可靠性。
[0004]然而，該熱驅(qū)動低溫制冷機系統(tǒng)的自由活塞斯特林制冷機中存在機械運動部件一一排出器，該運動部件對工藝要求較高，需保證較好的間隙密封效果和較小的機械阻尼，同時，該運動部件的存在亦會產(chǎn)生較大的機殼振動，盡管該申請?zhí)岢鐾ㄟ^對置布置的方式以降低排出器引起的振動，但該結(jié)構(gòu)亦增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程序，降低了可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述自由活塞斯特林發(fā)動機驅(qū)動自由活塞斯特林制冷機中存在的制冷機子系統(tǒng)振動大的缺點，而提出的一種熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)；它不僅能充分利用自由活塞斯特林發(fā)動機熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和功率密度高的優(yōu)點，同時能充分利用脈沖管制冷機熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單和振動小的突出優(yōu)點，并結(jié)合了聲學(xué)諧振管結(jié)構(gòu)簡單、振動小的特點，從而構(gòu)建了一中更高效、高可靠性和低振動的熱驅(qū)動低溫制冷機系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)，其包括:自由活塞斯特林發(fā)動機2、脈沖管制冷機I及聲學(xué)諧振管3 ;其特征在于，所述聲學(xué)諧振管3為一等徑或變徑管道，所述自由活塞斯特林發(fā)動機2和所述脈沖管制冷機I分別連接于所述聲學(xué)諧振管3的兩側(cè)；所述自由活塞斯特林發(fā)動機2、脈沖管制冷機I及聲學(xué)諧振管3分別為一個或二個。
[0008]所述自由活塞斯特林發(fā)動機2、脈沖管制冷機I及聲學(xué)諧振管3均為一個時，所述自由活塞斯特林發(fā)動機2的發(fā)動機缸體29和所述脈沖管制冷機I的制冷機缸體11分別連接于所述聲學(xué)諧振管3的兩側(cè)。
[0009]所述熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)為對稱布置的二個，該二個對置布置的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)相互獨立，兩者的缸體之間剛性連接，兩個自由活塞斯特林發(fā)動機的發(fā)動機缸體相互連通，兩者共用一個膨脹腔。此時的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)還可包括一個連通于二個對置布置的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)的二個聲學(xué)諧振管3之間的聲導(dǎo)管52，所述聲導(dǎo)管52的連接位置為聲學(xué)諧振管3與二個對置布置的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)的自由活塞斯特林發(fā)動機2的結(jié)合處或者聲學(xué)諧振管3與二個對置布置的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)的脈沖管制冷機I的結(jié)合處。
[0010]所述自由活塞斯特林發(fā)動機2為結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全相同的二個，聲學(xué)諧振管3和脈沖管制冷機I分別為一個時；所述兩個自由活塞斯特林發(fā)動機2對置布置，兩個自由活塞斯特林發(fā)動機2的發(fā)動機缸體29分別通過一個三通管的二個管口相連接，該三通管的第三個管口依次連接聲學(xué)諧振管3和脈沖管制冷機I。
[0011 ] 所述自由活塞斯特林發(fā)動機2包括:
[0012]與所述聲學(xué)諧振管3 —側(cè)相連通的發(fā)動機缸體29 ;
[0013]固定于所述發(fā)動機缸體29內(nèi)近聲學(xué)諧振管3側(cè)的固定底座21 ；
[0014]依次裝于所述發(fā)動機缸體29內(nèi)壁上的發(fā)動機放熱端換熱器22、發(fā)動機回?zé)崞?3和發(fā)動機吸熱端換熱器24，所述發(fā)動機放熱端換熱器22與所述固定底座21相連；
[0015]裝于發(fā)動機放熱端換熱器22、發(fā)動機回?zé)崞?3和發(fā)動機吸熱端換熱器24構(gòu)成的空腔內(nèi)的帶有平面支撐彈簧27或氣體彈簧的排出器26 ;
[0016]所述排出器26通過平面支撐彈簧27的中心桿與固定底座21固定連接；或者所述排出器26采用氣體彈簧支撐，并由氣體彈簧提供往復(fù)力；
[0017]所述排出器26與發(fā)動機缸體29的內(nèi)頂端構(gòu)成膨脹腔25 ;
[0018]所述排出器26與所述固定底座21之間的空腔形成壓縮腔28 ;所述固定底座21上設(shè)有通孔與發(fā)動機放熱端換熱器22相連通；所述膨脹腔25與壓縮腔28相連通，所述排出器26在壓縮腔28和膨脹腔25之間往復(fù)振動。
[0019]所述脈沖管制冷機I包括:
[0020]與所述聲學(xué)諧振管3相連的制冷機缸體11 ;
[0021]依次裝于制冷機缸體11內(nèi)壁上的制冷機放熱端換熱器12、制冷機回?zé)崞?3和制冷機吸熱端換熱器14，依次連接于所述制冷機吸熱端換熱器14的脈沖管15、制冷機室溫端換熱器16和聲學(xué)調(diào)相機構(gòu)17。
[0022]所述自由活塞斯特林發(fā)動機2的發(fā)動機吸熱端換熱器22、發(fā)動機放熱端換熱器24為翅片式換熱器或管殼換熱器；所述發(fā)動機吸熱端換熱器22和發(fā)動機放熱端換熱器24的壁面材料為紫銅；所述發(fā)動機吸熱端換熱器22和發(fā)動機放熱端換熱器24的外側(cè)殼體材料為不銹鋼；所述發(fā)動機回?zé)崞?3內(nèi)部填充不銹鋼絲網(wǎng)、不銹鋼纖維氈或者不銹鋼絲綿；所述不銹鋼絲綿指的是很細的不銹鋼絲隨機堆置在一起形成的絮狀交織物，這是一種較為專業(yè)的稱法。
[0023]所述脈沖管制冷機I的制冷機吸熱端換熱器12為翅片式或者管束式結(jié)構(gòu)；翅片式吸熱端換熱器的內(nèi)壁面材料為紫銅，外側(cè)殼體材料為不銹鋼或者紫銅；管束式吸熱端換熱器的材料為紫銅；制冷機吸熱端換熱器12外側(cè)加裝換熱翅片以增加換熱面積；
[0024]所述脈沖管制冷機I的制冷機放熱端換熱器13為翅片式或者管殼式結(jié)構(gòu)；制冷機放熱端換熱器13的壁面材料為紫銅或鋁合金，外側(cè)殼體材料為不銹鋼；
[0025]所述脈沖管制冷機I的制冷機室溫端換熱器16為翅片式、管殼式或者絲網(wǎng)堆積結(jié)構(gòu)；翅片式制冷機室溫端換熱器16的內(nèi)壁面材料為紫銅，外側(cè)殼體材料為不銹鋼或者紫銅；管殼式制冷機室溫端換熱器的材料為紫銅或者不銹鋼；絲網(wǎng)堆積型制冷機室溫端換熱器的內(nèi)部填充材料為紫銅絲網(wǎng)，殼體材料為不銹鋼；
[0026]所述脈沖管制冷機I的制冷機回?zé)崞?3內(nèi)部填充不銹鋼絲網(wǎng)、不銹鋼纖維氈或者不銹鋼隨機絲綿；
[0027]所述脈沖管制冷機I的聲學(xué)調(diào)相機構(gòu)17包括慣性管和氣庫，慣性管為單一直徑或組合直徑圓管，材料為紫銅，氣庫為一定容積的腔體，材料為不銹鋼。
[0028]所述自由活塞斯特林發(fā)動機2的發(fā)動機排出器23為等徑圓筒或為變徑圓錐筒，其材質(zhì)為不銹鋼或鋁合金；所述的發(fā)動機排出器23與發(fā)動機缸體29內(nèi)壁不接觸，兩者為間隙密封。
[0029]所述的自由活塞斯特林發(fā)動機2、聲學(xué)諧振管3和脈沖管制冷機I采用同軸直線布置、L型布置或者U型布置。
[0030]本發(fā)明的制冷機回?zé)崞骱兔}沖管的布置可以為直線型布置，即兩者順次連接且均為圓管形結(jié)構(gòu)；也可以為同軸型布置，即脈沖管與制冷機回?zé)崞魍S嵌套，脈沖管為中間圓筒形結(jié)構(gòu)，制冷機回?zé)崞鳛橥鈧?cè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)；
[0031]本發(fā)明提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)，采用聲學(xué)諧振管耦合自由活塞斯特林發(fā)動機和脈沖管制冷機，不僅使系統(tǒng)保留了高效的優(yōu)點，而且制冷機端無運動部件的特性也有效降低了系統(tǒng)的振動，降低了工藝難度和系統(tǒng)復(fù)雜程度，提升了可靠性。
【附圖說明】
[0032]圖1是已申請公開的專利:新型熱驅(qū)動低溫制冷機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是直線型脈沖管制冷機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是同軸型脈沖管制冷機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4是實施例1提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5是實施例2提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)發(fā)動機對置布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6是實施例3提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)耦合對置式布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖7是實施例4提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)分置對置式布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖8是實施例1提供的熱驅(qū)動脈沖管制冷機系統(tǒng)工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0040]為使本發(fā)明的目的、技